Несколько лет назад исследователи Массачусетского технологического института изобрели криптографическую идентификационную метку, которая в несколько раз меньше и значительно дешевле традиционных радиочастотных меток (RFID), которые часто прикрепляют к продуктам для проверки их подлинности.

Эта крошечная метка, обеспечивающая повышенную безопасность по сравнению с RFID, использует волны терагерцового диапазона, которые меньше и распространяются намного быстрее, чем радиоволны. Но эта терагерцовая метка имеет общую с традиционными RFID уязвимость в системе безопасности: фальшивомонетчик может снять метку с подлинного товара и прикрепить ее к подделке, и система аутентификации от этого ничего не узнает.

Теперь исследователи преодолели эту уязвимость в системе безопасности, используя терагерцевые волны для разработки идентификационной метки с защитой от несанкционированного доступа, которая по-прежнему обладает преимуществами миниатюрности, дешевизны и безопасности.

Они смешивают микроскопические частицы металла с клеем, который приклеивает бирку к предмету, а затем используют терагерцевые волны для обнаружения уникального рисунка, который эти частицы образуют на поверхности предмета. Подобно отпечатку пальца, этот случайный рисунок клея используется для аутентификации предмета, объясняет Юнсок Ли, аспирант кафедры электротехники и компьютерных наук (EECS) и ведущий автор статьи о метке с защитой от подделки.

“Эти металлические частицы, по сути, подобны зеркалам для терагерцовых волн. Если я разложу на поверхности несколько кусочков зеркала, а затем направлю на них свет, в зависимости от ориентации, размера и расположения этих зеркал, я получу другой отраженный рисунок. Но если вы отсоедините чип и прикрепите его снова, вы уничтожите этот шаблон”, – добавляет Руонан Хан, адъюнкт-профессор EECS, который возглавляет группу интегрированной электроники с терагерцовым диапазоном в Исследовательской лаборатории электроники.

Исследователи создали световую метку с защитой от несанкционированного доступа размером около 4 квадратных миллиметров. Они также продемонстрировали модель машинного обучения, которая помогает обнаруживать подделку путем идентификации отпечатков пальцев с похожим рисунком клея с точностью более 99 процентов.

Поскольку терагерцовая метка настолько дешева в производстве, ее можно применять по всей обширной цепочке поставок. Ее крошечный размер позволяет прикреплять метку к предметам, слишком маленьким для традиционных RFID, таким как определенные медицинские устройства.

Документ, который будет представлен на конференции IEEE по твердотельным схемам, является результатом сотрудничества группы Хана и группы энергоэффективных схем и систем Ананты П. Чандракасан, директора по инновациям и стратегии MIT, декана инженерной школы MIT и профессора EECS Ванневара Буша. Среди соавторов – аспиранты EECS Сиби Чен, Майтри Ашок и Джэен Вон.

Предотвращение несанкционированного доступа

Этот исследовательский проект был частично вдохновлен любимой автомойкой Хана. Компания прикрепила RFID-метку к его лобовому стеклу, чтобы подтвердить членство в автомойке. Для дополнительной безопасности бирка была сделана из хрупкой бумаги, поэтому она была бы уничтожена, если бы нечестный покупатель попытался отклеить ее и приклеить на другое лобовое стекло.

Но это не очень надежный способ предотвратить подделку. Например, кто-то может использовать раствор для растворения клея и безопасного удаления хрупкой бирки.

По словам Хана, вместо аутентификации бирки лучшим решением для обеспечения безопасности является аутентификация самого предмета. Для достижения этой цели исследователи нанесли клей на стык между биркой и поверхностью предмета.

Их бирка с защитой от подделки содержит ряд крошечных прорезей, которые позволяют терагерцевым волнам проходить через бирку и поражать микроскопические металлические частицы, подмешанные к клею.

Терагерцевые волны достаточно малы, чтобы обнаружить частицы, в то время как более крупные радиоволны не обладают достаточной чувствительностью, чтобы их увидеть. Кроме того, использование терагерцовых волн с длиной волны 1 миллиметр позволило исследователям создать чип, которому не нужна более крупная внечиповая антенна.

После прохождения через метку и попадания на поверхность объекта терагерцевые волны отражаются или рассеиваются обратно на приемник для аутентификации. То, как эти волны отражаются обратно, зависит от распределения металлических частиц, которые их отражают.

Исследователи нанесли на чип несколько прорезей, чтобы волны могли ударяться о разные точки на поверхности объекта, собирая больше информации о случайном распределении частиц.

“Эти ответы невозможно воспроизвести, пока интерфейс glue уничтожен фальшивомонетчиком”, – говорит Хан.

Поставщик сначала считывает метку защиты от подделки, как только она наклеивается на товар, а затем сохраняет эти данные в облаке, используя их позже для проверки.

Искусственный интеллект для аутентификации

Но когда пришло время протестировать метку с защитой от подделки, Ли столкнулся с проблемой: было очень сложно и отнимало много времени провести достаточно точные измерения, чтобы определить, совпадают ли два рисунка клея.

Он обратился к другу из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL), и вместе они решили проблему с помощью искусственного интеллекта. Они разработали модель машинного обучения, которая могла сравнивать образцы клея и вычислять их сходство с точностью более 99 процентов.

“Одним из недостатков является то, что у нас была ограниченная выборка данных для этой демонстрации, но мы могли бы улучшить нейронную сеть в будущем, если бы большое количество этих меток было развернуто в цепочке поставок, что дало бы нам намного больше выборок данных”, – говорит Ли.

Система аутентификации также ограничена тем фактом, что терагерцевые волны подвержены высоким уровням потерь при передаче, поэтому датчик может находиться всего в 4 сантиметрах от метки, чтобы получить точные показания. Это расстояние не будет проблемой для такого приложения, как сканирование штрих-кода, но оно было бы слишком коротким для некоторых потенциальных применений, например, в автоматизированных пунктах взимания платы на шоссе. Кроме того, угол между датчиком и меткой должен быть меньше 10 градусов, иначе терагерцовый сигнал будет слишком сильно ухудшаться.

Они планируют устранить эти ограничения в будущей работе и надеются вдохновить других исследователей на более оптимистичный взгляд на то, чего можно достичь с помощью терагерцовых волн, несмотря на множество технических проблем, говорит Хан.

“Одна вещь, которую мы действительно хотим показать здесь, это то, что применение терагерцового спектра может выходить далеко за рамки широкополосной беспроводной связи. В этом случае вы можете использовать терагерцовый диапазон для идентификации, безопасности и аутентификации. Существует множество возможностей “, – добавляет он.

Эта работа частично поддерживается Национальным научным фондом США и Корейским фондом перспективных исследований.