Onderzoekers bouwen kleine authenticatie-ID-tag

Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een kleine cryptografische ID-tag uitgevonden die op bijna elk product past om de authenticiteit te verifiëren. Dit omvat integratie in grotere siliciumchips. De millimetergrote ID-chip integreert een cryptografische processor, een antenne-array en fotodiodes voor stroomvoorziening.

Namaak is een groot probleem. De Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling schat dat er in 2020 wereldwijd voor ongeveer $ 2 biljoen aan namaakgoederen zal worden verkocht, volgens een rapport uit 2018, en de Semiconductor Industry Association heeft de jaarlijkse verliezen voor de Amerikaanse halfgeleiderindustrie geschat op ongeveer $ 7,5 miljard.

"De Amerikaanse halfgeleiderindustrie leed jaarlijks tussen de 7 en 10 miljard dollar aan verliezen als gevolg van vervalste chips", zegt Muhammad Ibrahim Wasiq Khan, afgestudeerd aan het MIT en teamonderzoeker, in een verklaring. “Onze chip kan naadloos worden geïntegreerd in andere elektronische chips voor veiligheidsdoeleinden, dus het kan een enorme impact hebben op de industrie. Onze chips kosten een paar cent per stuk, maar de technologie is onbetaalbaar.”

Onderzoekers zeiden dat de nieuwe ID-tag veel van de uitdagingen oplost die gepaard gaan met de huidige draadloze ID-tags die worden gebruikt voor authenticatie, inclusief grootte, kosten, stroomverbruik en beveiligingscompromissen. Genoemde voorbeelden zijn onder meer RFID-tags (radiofrequentie-identificatie) die te groot zijn om op kleine producten te passen, zoals medische en industriële componenten, auto-onderdelen of siliciumchips, met beperkte beveiligingsmaatregelen. Zelfs als de tags coderingsschema's bieden, zijn ze groot en verbruiken ze ook veel energie, zei MIT.

De millimetergrote ID-chip integreert een cryptografische processor, een antenne-array en fotovoltaïsche diodes voor stroomvoorziening. (Afbeelding:met dank aan MIT-onderzoekers, bewerkt door MIT News)

MIT-onderzoekers beschrijven hun ID-chip als een "tag van alles", waarmee veel van de uitdagingen van de huidige draadloze ID- en RFID-tags worden opgelost. In een paper uitgebracht op een recente IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), zeiden de onderzoekers dat de ID-chip werkt op een laag stroomniveau dat wordt geleverd door fotovoltaïsche diodes.

Een ander interessant kenmerk is dat de ID-chip gegevens over grote afstanden verzendt dankzij een stroomloze "backscatter" -techniek die werkt met een frequentie die "honderden keren hoger is dan bij RFID's". Bovendien gebruikt de chip algoritme-optimalisatietechnieken om een ​​populair cryptografieschema uit te voeren dat veilige communicatie levert met extreem lage energie, aldus onderzoekers.

"Als ik de logistiek van bijvoorbeeld een enkele bout of tandimplantaat of siliciumchip wil volgen, maken de huidige RFID-tags dat niet mogelijk", zegt co-auteur Ruonan Han, universitair hoofddocent bij de afdeling Elektrotechniek en Computer Science en hoofd van de Terahertz Integrated Electronics Group in de Microsystems Technology Laboratories (MTL), in een verklaring. "We hebben een goedkope, kleine chip gebouwd zonder verpakking, batterijen of andere externe componenten, die gevoelige gegevens opslaat en verzendt."

Co-auteurs zijn onder meer afgestudeerde studenten Mohamed I. Ibrahim en Muhammad Ibrahim Wasiq Khan; voormalig afgestudeerde student Chiraag S. Juvekar; voormalig postdoc-medewerker Wanyeong Jung; voormalig postdoc Rabia Tugce Yazicigil, die momenteel een assistent-professor is aan de Boston University en een gastonderzoeker aan het MIT; en Anantha P. Chandrakasan, decaan van de MIT School of Engineering en de Vannevar Bush Professor of Electrical Engineering and Computer Science.

Het team wilde een betere RFID-tag maken door de verpakking te elimineren, wat meer afmetingen en kosten met zich meebrengt; gebruik een hoge terahertz-frequentie, rond 100 GHz en 10 THz, om integratie van de antenne-array en draadloze communicatie op grotere lezerafstanden mogelijk te maken, en voeg cryptografische protocollen toe.

Ibrahim zei dat ze een "behoorlijk grote systeemintegratie" hadden ontwikkeld waarmee de onderzoekers alles op een monolithische siliciumchip van 1,6 vierkante millimeter konden verpakken.

De ID-tag (rechts) verzendt draadloze communicatie op lezerafstanden die concurreren met de grotere RFID-tags (links) en kan cryptografische algoritmen uitvoeren om bijna elk product in de toeleveringsketen te beveiligen. (Afbeelding:met dank aan MIT-onderzoekers )

Onderzoekers zeiden dat de ID-chip een reeks kleine antennes integreert die gegevens heen en weer verzenden via terugverstrooiing tussen de tag en de lezer, waarbij de antennes signaalsplitsings- en mengtechnieken gebruiken om signalen in het terahertz-bereik terug te strooien. "Die signalen maken eerst verbinding met de lezer en verzenden vervolgens gegevens voor codering."

De antenne-array maakt ook gebruik van een straalbesturingsfunctie die de signaalsterkte en het bereik vergroot en interferentie vermindert. Dit is de eerste demonstratie van straalsturing in een backscatter-tag, aldus onderzoekers.

De ID-chip gebruikt fotodiodes om de processor van de chip van stroom te voorzien, die het "elliptic-curve-cryptography" (ECC) -schema van de chip uitvoert dat privé- en openbare sleutels combineert om communicatie privé te houden.

"Door de cryptografische code en hardware te optimaliseren, kan het schema op een energiezuinige en kleine processor draaien", zegt Yazicigil, een assistent-professor aan de Boston University en een gastonderzoeker aan het MIT, in een verklaring.

"Het is altijd een afweging", zei ze. "Als je een groter budget en een groter formaat tolereert, kun je cryptografie opnemen. Maar de uitdaging is om beveiliging te hebben in zo'n kleine tag met een laag stroomverbruik.'

De volgende stappen voor de onderzoekers zijn het uitbreiden van het huidige signaalbereik van ongeveer vijf centimeter en het voeden van de chip door de terahertz-signalen om de fotodiodes te elimineren.