Per combattere la contraffazione della filiera, che può costare alle aziende miliardi di dollari all'anno, I ricercatori del MIT hanno inventato un tag ID crittografico abbastanza piccolo da adattarsi praticamente a qualsiasi prodotto e verificarne l'autenticità.

Un rapporto del 2018 dell'Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico stima che circa $ 2 trilioni di merci contraffatte saranno vendute in tutto il mondo nel 2020. Questa è una brutta notizia per i consumatori e le aziende che ordinano parti da diverse fonti in tutto il mondo per costruire prodotti.

I contraffattori tendono a utilizzare percorsi complessi che includono molti posti di blocco, rendendo difficile verificarne l'origine e l'autenticità. Di conseguenza, le aziende possono ritrovarsi con parti contraffatte. I tag ID wireless stanno diventando sempre più popolari per l'autenticazione delle risorse poiché cambiano di mano a ogni checkpoint. Ma questi tag sono di varie dimensioni, costo, energia, e compromessi di sicurezza che ne limitano il potenziale.

Tag di identificazione a radiofrequenza (RFID) più diffusi, ad esempio, sono troppo grandi per adattarsi a oggetti minuscoli come componenti medici e industriali, parti automobilistiche, o chip di silicio. I tag RFID inoltre non contengono misure di sicurezza rigide. Alcuni tag sono costruiti con schemi di crittografia per proteggere dalla clonazione e allontanare gli hacker, ma sono grandi e assetati di potere. Ridurre i tag significa rinunciare sia al pacchetto dell'antenna, che consente la comunicazione in radiofrequenza, sia alla capacità di eseguire una crittografia avanzata.

In un documento presentato ieri all'IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), i ricercatori descrivono un chip ID che gestisce tutti questi compromessi. È di dimensioni millimetriche e funziona con livelli di potenza relativamente bassi forniti da diodi fotovoltaici. Trasmette anche dati a distanze lontane, utilizzando una tecnica di "backscatter" senza alimentazione che opera a una frequenza centinaia di volte superiore a quella degli RFID. Le tecniche di ottimizzazione dell'algoritmo consentono inoltre al chip di eseguire un popolare schema di crittografia che garantisce comunicazioni sicure utilizzando un'energia estremamente bassa.

"Lo chiamiamo il 'tag di tutto". E tutto dovrebbe significare tutto, " dice il co-autore Ruonan Han, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica e capo del Terahertz Integrated Electronics Group nei Microsystems Technology Laboratories (MTL). "Se voglio monitorare la logistica di, dire, un singolo bullone o impianto dentale o chip di silicio, gli attuali tag RFID non lo abilitano. Abbiamo costruito a basso costo, piccolo chip senza imballaggio, batterie, o altri componenti esterni, che memorizza e trasmette dati sensibili".

Insieme a Han sulla carta ci sono:studenti laureati Mohamed I. Ibrahim, Muhammad Ibrahim Wasiq Khan, e Chiraag S. Juvekar; l'ex associato postdottorato Wanyeong Jung; l'ex postdoc Rabia Tugce Yazicigil; e Anantha P. Chandrakasan, che è il preside della MIT School of Engineering e Vannevar Bush Professor of Electrical Engineering and Computer Science.

Integrazione del sistema

Il lavoro è iniziato come mezzo per creare tag RFID migliori. Il team voleva eliminare l'imballaggio, che rende i tag ingombranti e aumenta i costi di produzione. Volevano anche una comunicazione ad alta frequenza terahertz tra microonde e radiazione infrarossa, circa 100 gigahertz e 10 terahertz, che consentisse l'integrazione di chip di un array di antenne e comunicazioni wireless a distanze di lettura maggiori. Finalmente, volevano protocolli crittografici perché i tag RFID possono essere scansionati essenzialmente da qualsiasi lettore e trasmettere i loro dati indiscriminatamente.

Ma includere tutte queste funzioni normalmente richiederebbe la costruzione di un chip abbastanza grande. Anziché, i ricercatori hanno escogitato "un'integrazione di sistema piuttosto grande, "Ibrahim dice, che ha permesso di mettere tutto su un significato monolitico, chip di silicio non stratificato che era solo di circa 1,6 millimetri quadrati.

Un'innovazione è una serie di piccole antenne che trasmettono i dati avanti e indietro tramite il backscattering tra il tag e il lettore. retrodiffusione, comunemente utilizzato nelle tecnologie RFID, accade quando un tag riflette un segnale in ingresso a un lettore con leggere modulazioni che corrispondono ai dati trasmessi. Nel sistema dei ricercatori, le antenne utilizzano alcune tecniche di suddivisione e miscelazione del segnale per retrodiffondere i segnali nella gamma dei terahertz. Questi segnali si connettono prima al lettore e poi inviano i dati per la crittografia.

Nell'array di antenne è implementata una funzione di "orientamento del raggio", dove le antenne focalizzano i segnali verso un lettore, rendendoli più efficienti, aumento della potenza e della portata del segnale, e riducendo le interferenze. Questa è la prima dimostrazione dell'indirizzamento del raggio mediante un tag di retrodiffusione, secondo i ricercatori.

Piccoli fori nelle antenne consentono alla luce del lettore di passare ai fotodiodi sottostanti che convertono la luce in circa 1 volt di elettricità. Che alimenta il processore del chip, che esegue lo schema di "crittografia a curva ellittica" (ECC) del chip. ECC utilizza una combinazione di chiavi private (conosciute solo a un utente) e chiavi pubbliche (ampiamente diffuse) per mantenere private le comunicazioni. Nel sistema dei ricercatori, il tag utilizza una chiave privata e una chiave pubblica del lettore per identificarsi solo ai lettori validi. Ciò significa che qualsiasi intercettatore che non possiede la chiave privata del lettore non dovrebbe essere in grado di identificare quale tag fa parte del protocollo monitorando solo il collegamento wireless.

L'ottimizzazione del codice crittografico e dell'hardware consente l'esecuzione dello schema su un processore piccolo e ad alta efficienza energetica, Yazicigil dice. "È sempre un compromesso, " dice. "Se tolleri un budget più elevato e dimensioni maggiori, puoi includere la crittografia. Ma la sfida è avere la sicurezza in un tag così piccolo con un budget a bassa potenza".

Superare i limiti

Attualmente, la portata del segnale è di circa 5 centimetri, che è considerato un campo lontano e consente un comodo utilizzo di uno scanner di tag portatile. Prossimo, i ricercatori sperano di "spingere ulteriormente i limiti" della gamma, dice Ibrahim. Infine, vorrebbero che molti dei tag eseguissero il ping di un lettore posizionato da qualche parte lontano, dire, una stanza di ricezione in un punto di controllo della catena di approvvigionamento. Molti asset potrebbero quindi essere verificati rapidamente.

"Pensiamo di poter avere un lettore come hub centrale che non deve avvicinarsi al tag, e tutti questi chip possono trasmettere i loro segnali per parlare con quell'unico lettore, "dice Ibrahim.

I ricercatori sperano anche di alimentare completamente il chip attraverso i segnali terahertz stessi, eliminando la necessità di fotodiodi.

Le patatine sono così piccole, facile da fare, e poco costosi che possono anche essere incorporati in chip di computer in silicio più grandi, che sono obiettivi particolarmente popolari per la contraffazione.

"L'industria dei semiconduttori degli Stati Uniti ha subito perdite da 7 a 10 miliardi di dollari l'anno a causa di chip contraffatti, " Wasiq Khan afferma. "Il nostro chip può essere integrato perfettamente in altri chip elettronici per motivi di sicurezza, quindi potrebbe avere un enorme impatto sull'industria. Le nostre fiche costano pochi centesimi l'una, ma la tecnologia non ha prezzo, " ha scherzato.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.