Článek
Kryptografická značka vyvinutá na MIT používá terahertzové vlny k ověřování předmětů rozpoznáním jedinečného vzoru mikroskopických kovových částic, které jsou přimíchány do lepidla, které přilepí štítek na povrch předmětu.
Po průchodu tagem a dopadu na povrch objektu se terahertzové vlny odrazí nebo zpětně oddálí do přijímače pro autentizaci. „Tyto reakce je nemožné duplikovat, pokud je rozhraní lepidla zničeno padělatelem,“ říká Han.
Před několika lety výzkumníci z MIT vynalezli kryptografický identifikační štítek, který je několikanásobně menší a výrazně levnější než tradiční radiofrekvenční štítky (RFID), které se často připevňují na produkty, aby se ověřila jejich pravost.
Tento malý tag, který nabízí lepší zabezpečení než RFID, využívá terahertzové vlny, které jsou menší a šíří se mnohem rychleji než rádiové vlny. Tato terahertzová značka však sdílela s tradičními RFID velkou bezpečnostní chybu: padělatel by mohl štítek odlepit z originálního předmětu a znovu jej připevnit k padělku a ověřovací systém by nebyl o nic moudřejší.
Výzkumníci nyní překonali tuto bezpečnostní chybu tím, že využili terahertzové vlny k vývoji identifikačního štítku proti neoprávněné manipulaci, který stále nabízí výhody v podobě malého, levného a bezpečného provedení.
Přimíchávají mikroskopické kovové částice do lepidla, které přilepí štítek k předmětu, a poté pomocí terahertzových vln detekují jedinečný vzor, který tyto částice vytvářejí na povrchu předmětu. Podobně jako otisk prstu se tento náhodný vzor lepidla používá k ověření totožnosti předmětu, vysvětluje Eunseok Lee, postgraduální student elektrotechniky a informatiky (EECS) a hlavní autor článku o štítku proti manipulaci.
„Tyto kovové částice jsou v podstatě jako zrcadla terahertzových vln. Pokud rozložím spoustu kusů zrcadel na povrch a pak na něj posvítím, v závislosti na orientaci, velikosti a umístění těchto zrcadel dostanu jiný odražený vzor. Ale pokud čip odloupnete a znovu připevníte, tento vzor zničíte,“ dodává Ruonan Han, docent EECS, který vede skupinu Terahertz Integrated Electronics Group ve Výzkumné laboratoři elektroniky.
Výzkumníci vyrobili světlem napájený štítek proti neoprávněné manipulaci, který má velikost asi 4 čtvereční milimetry. Demonstrovali také model strojového učení, který pomáhá detekovat neoprávněnou manipulaci tím, že identifikuje podobné otisky prstů vzoru lepidla s přesností více než 99 procent.
Vzhledem k tomu, že terahertzová značka je tak levná na výrobu, mohla by být implementována v celém masivním dodavatelském řetězci. A jeho malá velikost umožňuje připevnění štítku k předmětům, které jsou pro tradiční RFID příliš malé, jako jsou některé lékařské přístroje.
Článek, který bude prezentován na konferenci IEEE Solid State Circuits Conference, je výsledkem spolupráce mezi Hanovou skupinou a skupinou Energy-Efficient Circuits and Systems Group Ananthy P. Chandrakasan, ředitelky pro inovace a strategii MIT, děkanky MIT School of Engineering a profesorky EECS Vannevara Bushe. Spoluautory jsou postgraduální studenti EECS Xibi Chen, Maitryi Ashok a Jaeyeon Won.
Prevence neoprávněné manipulace
Tento výzkumný projekt byl částečně inspirován Hanovou oblíbenou myčkou aut. Firma mu na čelní sklo nalepila RFID štítek, aby ověřila jeho členství v myčce aut. Pro větší bezpečnost byla visačka vyrobena z křehkého papíru, takže by mohla být zničena, pokud by se ji nepoctivý zákazník pokusil odlepit a nalepit na jiné čelní sklo.
To však není příliš spolehlivý způsob, jak zabránit manipulaci. Někdo by například mohl použít roztok k rozpuštění lepidla a bezpečnému odstranění křehkého štítku.
Spíše než ověřování štítku je lepším bezpečnostním řešením ověření samotné položky, říká Han. Aby toho dosáhli, zaměřili se výzkumníci na lepidlo na rozhraní mezi štítkem a povrchem předmětu.
Jejich štítek proti neoprávněné manipulaci obsahuje řadu miniaturních štěrbin, které umožňují terahertzovým vlnám procházet štítkem a narážet na mikroskopické kovové částice, které byly přimíchány do lepidla.
Terahertzové vlny jsou dostatečně malé na to, aby částice detekovaly, zatímco větší rádiové vlny by neměly dostatečnou citlivost, aby je bylo možné spatřit. Také použití terahertzových vln s vlnovou délkou 1 milimetr umožnilo vědcům vyrobit čip, který nepotřebuje žádnou anténu mimo čip.
Po průchodu tagem a dopadu na povrch objektu se terahertzové vlny odrazí nebo zpětně oddálí do přijímače pro autentizaci. To, jak jsou tyto vlny zpětně rozptylovány, závisí na rozložení kovových částic, které je odrážejí.
Výzkumníci umístili na čip několik slotů, takže vlny mohou narážet na různá místa na povrchu objektu a zachycovat tak více informací o náhodném rozložení částic.
„Tyto reakce je nemožné duplikovat, pokud je rozhraní lepidla zničeno padělatelem,“ říká Han.
Dodavatel by provedl počáteční čtení štítku proti neoprávněné manipulaci, jakmile by byl nalepen na položku, a poté by tato data uložil do cloudu a později by je použil k ověření.
Umělá inteligence pro ověřování
Ale když přišel čas otestovat značku proti manipulaci, Lee narazil na problém: Bylo velmi obtížné a časově náročné provést dostatečně přesná měření, aby bylo možné určit, zda se dva vzory lepidla shodují.
Oslovil kamaráda z MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) a společně problém vyřešili pomocí umělé inteligence. Vytrénovali model strojového učení, který dokázal porovnávat vzory lepidla a vypočítat jejich podobnost s přesností více než 99 procent.
„Jednou z nevýhod je, že jsme pro tuto demonstraci měli omezený vzorek dat, ale v budoucnu bychom mohli neuronovou síť vylepšit, pokud by byl v dodavatelském řetězci nasazen velký počet těchto značek, což by nám poskytlo mnohem více vzorků dat,“ říká Lee.
Autentizační systém je také omezen skutečností, že terahertzové vlny trpí vysokou mírou ztrát během přenosu, takže senzor může být pouze asi 4 centimetry od tagu, aby získal přesné čtení. Tato vzdálenost by nebyla problémem pro aplikaci, jako je skenování čárových kódů, ale byla by příliš krátká pro některá potenciální použití, například v automatizované dálniční mýtné budce. Také úhel mezi senzorem a tagem musí být menší než 10 stupňů, jinak se terahertzový signál příliš zhorší.
Plánují se těmito omezeními zabývat v budoucích pracích a doufají, že inspirují další výzkumníky, aby byli optimističtější ohledně toho, čeho lze dosáhnout pomocí terahertzových vln, a to navzdory mnoha technickým problémům, říká Han.
„Jedna věc, kterou zde opravdu chceme ukázat, je, že využití terahertzového spektra může jít daleko za hranice širokopásmového bezdrátového připojení. V takovém případě můžete použít terahertz pro ID, zabezpečení a ověřování. Možností je spousta,“ dodává.
Tato práce je částečně podporována americkou Národní vědeckou nadací a Korejskou nadací pro pokročilá studia.
Přetištěno se svolením MIT News (http://news.mit.edu/)
