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麻省理工研究加密的“萬(wàn)物標(biāo)簽”可以保護(hù)供應(yīng)鏈
日期：2022-01-03 來(lái)源： 點(diǎn)擊：
為了打擊每年給公司帶來(lái)數(shù)十億美元損失的供應(yīng)鏈造假，麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種尺寸足夠小的加密ID標(biāo)簽，幾乎可以貼在任何產(chǎn)品上并驗(yàn)證其真實(shí)性。
經(jīng)合組織(經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織OECD)在2018年的一份報(bào)告估計(jì)，2020年，全球?qū)N售價(jià)值約2萬(wàn)億美元的假冒商品。這對(duì)于消費(fèi)者和那些從世界各地訂購(gòu)不同來(lái)源零件的產(chǎn)品制造商來(lái)說(shuō)，都是一個(gè)壞消息。
造假者往往使用包含許多檢查點(diǎn)的復(fù)雜路線，使其難以核實(shí)產(chǎn)品來(lái)源和真實(shí)性。最終的結(jié)果是，零售商和消費(fèi)者可能會(huì)拿到假冒商品。隨著無(wú)線ID標(biāo)簽在每個(gè)檢查點(diǎn)的易手，它們?cè)隍?yàn)證資產(chǎn)方面變得越來(lái)越普遍。但是這些標(biāo)簽具有各種尺寸，成本、能源和安全性的權(quán)衡考量也限制了它們的潛力。
例如，普通的RFID標(biāo)簽尺寸過(guò)大，無(wú)法安裝在醫(yī)療部件、工業(yè)組件、汽車零件或硅片等微小的物體上。RFID標(biāo)簽也沒(méi)有嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)。有些標(biāo)簽是采用加密方案構(gòu)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(biāo)簽意味著既要放棄天線封裝(可以實(shí)現(xiàn)射頻通信)，又要放棄強(qiáng)加密功能。
在2月19日于IEEE國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC)上發(fā)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(wèn)題。該芯片毫米級(jí)尺寸，并可依靠光伏二極管提供的較低功率運(yùn)行。它還使用無(wú)功率“反向散射”技術(shù)遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，這種技術(shù)的工作頻率比RFID高數(shù)百倍。算法優(yōu)化技術(shù)還使芯片能夠運(yùn)行一種普通的加密方案，保證使用極低的能量來(lái)進(jìn)行安全通信。
“我們稱它為‘萬(wàn)物標(biāo)簽’。‘萬(wàn)物’意味著所有。”論文共同作者、電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系副教授Ruonan Han說(shuō)，“假設(shè)我想跟蹤單個(gè)螺栓或牙齒植入物或硅片的物流，當(dāng)前的RFID標(biāo)簽無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。我們創(chuàng)造了一種低成本的微型芯片，無(wú)需包裝、電池或其他外部組件，就可以存儲(chǔ)和傳輸敏感數(shù)據(jù)?！?/div>
系統(tǒng)集成
論文研究團(tuán)隊(duì)開始這項(xiàng)工作是為了創(chuàng)造更好的RFID標(biāo)簽。該團(tuán)隊(duì)希望取消會(huì)使標(biāo)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(jìn)行通信(大約100GHz到10THz)，從而實(shí)現(xiàn)天線陣列的芯片集成和更遠(yuǎn)讀取距離的無(wú)線通信。最后，他們想要加密協(xié)議，因?yàn)镽FID標(biāo)簽實(shí)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(shù)據(jù)。
但要包含以上所有那些功能通常需要構(gòu)建一個(gè)相當(dāng)大的芯片。與之相反的是，研究人員提出了“一個(gè)相當(dāng)大的系統(tǒng)集成”，與Han一起參與論文發(fā)表的研究生易卜拉欣說(shuō)，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(méi)有分層的單晶硅上。
研究中的一個(gè)創(chuàng)新是小天線陣列，可以通過(guò)標(biāo)簽和閱讀器之間的反向散射來(lái)回傳輸數(shù)據(jù)。反向散射常用于RFID技術(shù)中，當(dāng)標(biāo)簽將輸入信號(hào)反射回閱讀器時(shí)會(huì)發(fā)生輕微的調(diào)制，以對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)傳輸。在研究人員的系統(tǒng)中，天線使用某些信號(hào)分離和混合技術(shù)將太赫茲范圍內(nèi)的信號(hào)反向散射。這些信號(hào)首先與閱讀器連接，然后發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
天線陣列中實(shí)現(xiàn)了“波束控制”功能，其中天線將信號(hào)聚焦到閱讀器，使其更有效，并增加信號(hào)強(qiáng)度和范圍，減少干擾。研究人員說(shuō)，這是通過(guò)反向散射標(biāo)簽進(jìn)行光束轉(zhuǎn)向的首次演示。
天線上的微小孔可讓閱讀器發(fā)出的光穿過(guò)下方的光電二極管，從而將光轉(zhuǎn)換為約1伏的電。這為芯片的處理器供電，該處理器運(yùn)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(lái)保持通信的私密性。在研究人員的系統(tǒng)中，標(biāo)簽使用一個(gè)私鑰和一個(gè)閱讀器的公鑰來(lái)僅對(duì)有效的閱讀器進(jìn)行自我標(biāo)識(shí)。這意味著任何不具有閱讀器私鑰的竊取者都不能僅通過(guò)監(jiān)視無(wú)線鏈路來(lái)識(shí)別哪個(gè)標(biāo)簽是協(xié)議的一部分。
論文另一參與者波士頓大學(xué)助理教授亞齊基爾說(shuō)，優(yōu)化密碼和硬件可以讓該方案在節(jié)能的小型處理器上運(yùn)行?！斑@始終是一個(gè)折中方案。如果可以承擔(dān)更高功耗的預(yù)算和更大的尺寸，則可以使用加密技術(shù)。但是挑戰(zhàn)在于，如何在如此小的標(biāo)簽上以低功耗的預(yù)算實(shí)現(xiàn)安全性?！?/div>
突破極限
目前，信號(hào)范圍在5厘米左右，這被認(rèn)為是遠(yuǎn)場(chǎng)范圍，可以便捷地使用便攜式標(biāo)簽掃描儀。易卜拉欣說(shuō)，下一步，研究人員希望進(jìn)一步“突破極限”這一范圍。最終，他們希望許多標(biāo)簽?zāi)軌驅(qū)ξ挥诠?yīng)鏈檢查站接收室等較遠(yuǎn)位置的一個(gè)閱讀器實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。這樣就可以迅速核實(shí)許多資產(chǎn)。
易卜拉欣說(shuō)：“我們認(rèn)為可以將閱讀器作為一個(gè)中心樞紐，而不必靠近標(biāo)簽，所有這些芯片都可以通過(guò)光束控制信號(hào)與閱讀器進(jìn)行連接。
研究人員還希望通過(guò)太赫茲信號(hào)本身為芯片提供完全電源，從而消除對(duì)光電二極管的任何需求。
這些芯片非常小巧，易于制造且價(jià)格便宜，還可以嵌入更大的硅計(jì)算機(jī)芯片中，而硅計(jì)算機(jī)芯片是偽造的熱門目標(biāo)。
論文參與者中另一名研究生瓦西克汗說(shuō)：“美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)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(jiàn)，我們的芯片可以無(wú)縫集成到其他電子芯片中，因此可能會(huì)對(duì)行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。我們的芯片每片只要幾美分，但這項(xiàng)技術(shù)是無(wú)價(jià)之寶?！彼蛉さ?。
