麻省理工学院发明了密码“万物的标签” –可以防止假冒

麻省理工学院研究人员的毫米大小的ID芯片集成了一个加密处理器，一个在高太赫兹范围内传输数据的天线阵列，以及用于供电的光电二极管。

为了防止供应链伪造（每年可能使公司蒙受数十亿美元的损失），麻省理工学院的研究人员发明了一种加密ID标签，该标签足够小，几乎可以安装在任何产品上并验证其真实性。

经济合作与发展组织（OECD）2018年的一份报告估计，到2020年，假冒商品的价值将达到2万亿美元左右。对于从全球不同来源订购零件来制造产品的消费者和公司而言，这是个坏消息。

造假者倾向于使用包含许多检查点的复杂路线，这很难验证其来源和真实性。因此，公司最终可能会获得仿制品。当无线ID标签在每个检查点易手时，它们在身份验证资产方面正变得越来越流行。但是这些标签具有各种尺寸，成本，能源和安全性折衷，从而限制了它们的潜力。

例如，流行的射频识别（RFID）标签太大，无法安装在微小的物体上，例如医疗和工业组件，汽车零件或硅芯片。RFID标签也没有严格的安全措施。有些标签是采用加密方案构建的，可以防止克隆和抵御黑客攻击，但它们很大，而且很耗电。缩小标签意味着既要放弃天线封装（可以实现射频通信），又要放弃进行强加密的能力。

即使是芝麻大小，ID标签（向右放大）也可以比更大的RFID标签（向左）以更大的读取器距离发送无线通信，并且可以运行加密算法来帮助保护供应链中几乎所有产品。

在昨天于IEEE国际固态电路会议（ISSCC）上发表的一篇论文中，研究人员描述了一种ID芯片，该芯片可解决所有这些折衷问题。它的尺寸只有毫米，使用的光电二极管的功率相对较低。它还使用无功率“反向散射”技术在远距离传输数据，该技术的工作频率比RFID高数百倍。算法优化技术还使芯片能够运行一种流行的加密方案，该方案可使用极低的能量来保证安全的通信。

“我们称其为“一切的标签”。一切都意味着一切。共同作者，电子工程与计算机科学系副教授，微系统技术实验室（MTL）的太赫兹集成电子事业部负责人Ruonan Han说。“如果我想追踪单个螺栓或牙齿植入物或硅芯片的物流，当前的RFID标签无法实现这一目标。我们构建了一种低成本的微型芯片，无需包装，电池或其他外部组件，即可存储和传输敏感数据。”

在论文中与Han一起参加的是：研究生Mohamed I. Ibrahim，Muhammad Ibrahim Wasiq Khan和Chiraag S. Juvekar；前博士后郑婉英前博士后Rabia Tugce Yazicigil；麻省理工学院工程学院院长，范内瓦尔·布什（Vannevar Bush）电机工程与计算机科学系教授Anantha P. Chandrakasan。

系统整合

这项工作是作为创建更好的RFID标签的一种方式开始的。团队希望取消包装，这会使标签笨重并增加制造成本。他们还希望在微波和红外辐射之间以高太赫兹频率进行通信（大约100吉赫兹和10太赫兹），从而实现天线阵列的芯片集成以及更大距离的读取器距离的无线通信。最后，他们需要密码协议，因为RFID标签实际上可以由任何读取器扫描，并且可以不加选择地传输其数据。

但是包括所有这些功能通常需要构建相当大的芯片。相反，研究人员提出了“一个相当大的系统集成”，易卜拉欣说，这使所有东西都可以放在一块只有1.6平方毫米的单片（即非分层）硅芯片上。

一种创新是一系列小型天线，它们通过标签和阅读器之间的反向散射来回传输数据。在RFID技术中通常使用的反向散射是在标签以与所传输数据相对应的轻微调制将输入信号反射回读取器时发生的。在研究人员的系统中，天线使用某些信号分离和混合技术将太赫兹范围内的信号反向散射。这些信号首先与阅读器连接，然后发送数据进行加密。

天线阵列中实现了“波束控制”功能，其中天线将信号聚焦于阅读器，使其更加高效，增加信号强度和范围并减少干扰。研究人员说，这是通过反向散射标签进行光束转向的第一个演示。

天线上的微小孔可让阅读器发出的光穿过下方的光电二极管，从而将光转换为约1伏的电。这为芯片的处理器供电，该处理器运行芯片的“椭圆曲线密码术”（ECC）方案。ECC使用私钥（仅用户知道）和公钥（广泛分发）的组合来保持通信的私密性。在研究人员的系统中，标签使用私钥和读者的公钥来仅对有效的读者进行身份识别。这意味着任何不具有读取器私钥的窃听者都不能仅通过监视无线链路来识别哪个标签是协议的一部分。

Yazicigil说，通过优化密码和硬件，该方案可以在节能的小型处理器上运行。她说：“这始终是一个权衡。”“如果您可以承受更高的功率预算和更大的尺寸，则可以使用加密技术。但是挑战在于如何在如此小巧的标签中以低功耗的预算获得安全性。”

突破极限

当前，信号范围位于5厘米左右，这被认为是远场范围-可以方便地使用便携式标签扫描仪。易卜拉欣说，下一步，研究人员希望进一步“突破极限”。最终，他们希望许多标签能够对位于供应链检查站接收室等远处的一个读取器执行ping操作。然后可以迅速验证许多资产。

易卜拉欣说：“我们认为我们可以将阅读器作为不需要靠近标签的中央集线器，所有这些芯片都可以通过光束控制信号，与该阅读器进行通讯。”

研究人员还希望通过太赫兹信号本身为芯片提供完全能量，从而消除对光电二极管的任何需求。

这些芯片非常小巧，易于制造且价格便宜，因此它们也可以嵌入更大的硅计算机芯片中，而硅计算机芯片是伪造的热门目标。

Wasiq Khan说：“由于假冒芯片，美国半导体行业每年遭受70亿至100亿美元的损失。”为了安全起见，我们的芯片可以无缝集成到其他电子芯片中，因此可能会对行业产生巨大影响。我们的芯片每只花费几美分，但是这项技术是无价的。他打趣道。