麻省理工研究加密的“萬物標簽”可以保護供應鏈
日期：2022-01-03 來源： 點擊：
為了打擊每年給公司帶來數十億美元損失的供應鏈造假，麻省理工學院的研究人員發明了一種尺寸足夠小的加密ID標簽，幾乎可以貼在任何產品上并驗證其真實性。
經合組織(經濟合作與發展組織OECD)在2018年的一份報告估計，2020年，全球將銷售價值約2萬億美元的假冒商品。這對于消費者和那些從世界各地訂購不同來源零件的產品制造商來說，都是一個壞消息。
造假者往往使用包含許多檢查點的復雜路線，使其難以核實產品來源和真實性。最終的結果是，零售商和消費者可能會拿到假冒商品。隨著無線ID標簽在每個檢查點的易手，它們在驗證資產方面變得越來越普遍。但是這些標簽具有各種尺寸，成本、能源和安全性的權衡考量也限制了它們的潛力。
例如，普通的RFID標簽尺寸過大，無法安裝在醫療部件、工業組件、汽車零件或硅片等微小的物體上。RFID標簽也沒有嚴格的安全標準。有些標簽是采用加密方案構建的，可以防止克隆和抵御黑客攻擊，但它們尺寸大，耗電量也大。縮減標簽意味著既要放棄天線封裝(可以實現射頻通信)，又要放棄強加密功能。
在2月19日于IEEE國際固態電路會議(ISSCC)上發表的一篇論文中，研究人員介紹了一種ID芯片，可解決所有那些難以抉擇的問題。該芯片毫米級尺寸，并可依靠光伏二極管提供的較低功率運行。它還使用無功率“反向散射”技術遠距離傳輸數據，這種技術的工作頻率比RFID高數百倍。算法優化技術還使芯片能夠運行一種普通的加密方案，保證使用極低的能量來進行安全通信。
“我們稱它為‘萬物標簽’。‘萬物’意味著所有。”論文共同作者、電氣工程與計算機科學系副教授Ruonan Han說，“假設我想跟蹤單個螺栓或牙齒植入物或硅片的物流，當前的RFID標簽無法實現這一目標。我們創造了一種低成本的微型芯片，無需包裝、電池或其他外部組件，就可以存儲和傳輸敏感數據。”
系統集成
論文研究團隊開始這項工作是為了創造更好的RFID標簽。該團隊希望取消會使標簽變得笨重并增加制造成本的封裝工序。他們還希望在微波和紅外輻射之間以高太赫茲頻率進行通信(大約100GHz到10THz)，從而實現天線陣列的芯片集成和更遠讀取距離的無線通信。最后，他們想要加密協議，因為RFID標簽實際上可以由任何閱讀器掃描，并且可以不加選擇地傳輸其數據。
但要包含以上所有那些功能通常需要構建一個相當大的芯片。與之相反的是，研究人員提出了“一個相當大的系統集成”，與Han一起參與論文發表的研究生易卜拉欣說，這就使得所有信息都可以放在一塊只有1.6平方毫米的沒有分層的單晶硅上。
研究中的一個創新是小天線陣列，可以通過標簽和閱讀器之間的反向散射來回傳輸數據。反向散射常用于RFID技術中，當標簽將輸入信號反射回閱讀器時會發生輕微的調制，以對應于數據傳輸。在研究人員的系統中，天線使用某些信號分離和混合技術將太赫茲范圍內的信號反向散射。這些信號首先與閱讀器連接，然后發送數據進行加密。
天線陣列中實現了“波束控制”功能，其中天線將信號聚焦到閱讀器，使其更有效，并增加信號強度和范圍，減少干擾。研究人員說，這是通過反向散射標簽進行光束轉向的首次演示。
天線上的微小孔可讓閱讀器發出的光穿過下方的光電二極管，從而將光轉換為約1伏的電。這為芯片的處理器供電，該處理器運行芯片的“橢圓曲線密碼”(ECC)方案。ECC使用私鑰(僅用戶知道)和公鑰(廣泛傳播)的組合來保持通信的私密性。在研究人員的系統中，標簽使用一個私鑰和一個閱讀器的公鑰來僅對有效的閱讀器進行自我標識。這意味著任何不具有閱讀器私鑰的竊取者都不能僅通過監視無線鏈路來識別哪個標簽是協議的一部分。
論文另一參與者波士頓大學助理教授亞齊基爾說，優化密碼和硬件可以讓該方案在節能的小型處理器上運行。“這始終是一個折中方案。如果可以承擔更高功耗的預算和更大的尺寸，則可以使用加密技術。但是挑戰在于，如何在如此小的標簽上以低功耗的預算實現安全性。”
突破極限
目前，信號范圍在5厘米左右，這被認為是遠場范圍，可以便捷地使用便攜式標簽掃描儀。易卜拉欣說，下一步，研究人員希望進一步“突破極限”這一范圍。最終，他們希望許多標簽能夠對位于供應鏈檢查站接收室等較遠位置的一個閱讀器實現信號傳輸。這樣就可以迅速核實許多資產。
易卜拉欣說：“我們認為可以將閱讀器作為一個中心樞紐，而不必靠近標簽，所有這些芯片都可以通過光束控制信號與閱讀器進行連接。
研究人員還希望通過太赫茲信號本身為芯片提供完全電源，從而消除對光電二極管的任何需求。
這些芯片非常小巧，易于制造且價格便宜，還可以嵌入更大的硅計算機芯片中，而硅計算機芯片是偽造的熱門目標。
論文參與者中另一名研究生瓦西克汗說：“美國半導體行業每年因假冒芯片而遭受70億至100億美元的損失。為了安全起見，我們的芯片可以無縫集成到其他電子芯片中，因此可能會對行業產生巨大影響。我們的芯片每片只要幾美分，但這項技術是無價之寶。”他打趣道。
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