MIT's kleine, fraudebestendige ID-tag authenticeert alles met behulp van Terahertz-golven

Elektronica en sensoren INSIDER

Een door MIT ontwikkeld cryptografisch label maakt gebruik van terahertz-golven om items te authenticeren door het unieke patroon van microscopisch kleine metaaldeeltjes te herkennen die zijn gemengd in de lijm waarmee het label aan het oppervlak van het item wordt geplakt. (Afbeelding:Jose-Luis Olivares, MIT. Chip met dank aan de onderzoekers)

Een paar jaar geleden hebben MIT-onderzoekers een cryptografische ID-tag uitgevonden die meerdere malen kleiner en aanzienlijk goedkoper is dan de traditionele radiofrequentie-tags (RFID's) die vaak op producten worden aangebracht om de authenticiteit ervan te verifiëren.

Dit kleine label, dat verbeterde beveiliging biedt ten opzichte van RFID's, maakt gebruik van terahertz-golven, die kleiner zijn en veel hogere frequenties hebben dan radiogolven. Maar deze terahertz-tag had een groot beveiligingsprobleem gemeen met traditionele RFID's:een vervalser zou de tag van een echt item kunnen verwijderen en deze opnieuw aan een namaakproduct kunnen bevestigen, en het authenticatiesysteem zou er niets wijzer van worden.

De onderzoekers hebben dit beveiligingsprobleem nu overwonnen door gebruik te maken van terahertz-golven om een antimanipulatie-ID-tag te ontwikkelen die nog steeds de voordelen biedt dat deze klein, goedkoop en veilig is.

Ze mengen microscopisch kleine metaaldeeltjes in de lijm waarmee het label aan een object wordt geplakt, en gebruiken vervolgens terahertz-golven om het unieke patroon te detecteren dat deze deeltjes op het oppervlak van het item vormen. Dit willekeurige lijmpatroon lijkt op een vingerafdruk en wordt gebruikt om het item te authenticeren, legt Eunseok Lee uit, een afgestudeerde student elektrotechniek en computerwetenschappen (EECS) en hoofdauteur van een artikel over het antimanipulatielabel.

"Deze metaaldeeltjes lijken in wezen op spiegels voor terahertz-golven. Als ik een aantal stukjes spiegel op een oppervlak zou spreiden en daar licht op zou laten schijnen, afhankelijk van de oriëntatie, grootte en locatie van die spiegels, zou ik een ander gereflecteerd patroon krijgen. Maar als je de chip eraf haalt en opnieuw bevestigt, vernietig je dat patroon", zegt Ruonan Han, universitair hoofddocent bij EECS, die leiding geeft aan de Terahertz Integrated Electronics Group in het Research Laboratory of Electronics.

De onderzoekers produceerden een lichtaangedreven anti-manipulatie-tag van ongeveer 4 vierkante millimeter groot. Ze demonstreerden ook een machinaal leermodel dat knoeien helpt detecteren door soortgelijke lijmpatroonvingerafdrukken te identificeren met een nauwkeurigheid van meer dan 99 procent.

Omdat de terahertz-tag zo goedkoop te produceren is, zou deze in een enorme toeleveringsketen kunnen worden geïmplementeerd. En dankzij het kleine formaat kan de tag worden bevestigd aan voorwerpen die te klein zijn voor traditionele RFID's, zoals bepaalde medische apparaten.

Het artikel is een samenwerking tussen de groep van Han en de Energy-Efficient Circuits and Systems Group van Anantha P. Chandrakasan, MIT’s chief innovation and strategy officer, decaan van de MIT School of Engineering, en de Vannever Bush Professor van EECS. Co-auteurs zijn onder meer EECS-studenten Xibi Chen, Maitryi Ashok en Jaeyeon Won.

Dit onderzoeksproject is mede geïnspireerd op Han’s favoriete carwash. Het bedrijf plakte een RFID-tag op zijn voorruit om zijn lidmaatschap van de carwash te verifiëren. Voor extra veiligheid was het label gemaakt van kwetsbaar papier, zodat het vernietigd zou worden als een niet zo eerlijke klant het zou proberen los te trekken en op een andere voorruit te plakken.

Maar dat is geen erg betrouwbare manier om geknoei te voorkomen. Iemand kan bijvoorbeeld een oplossing gebruiken om de lijm op te lossen en het kwetsbare label veilig te verwijderen.

In plaats van de tag te authenticeren, is het authenticeren van het item zelf een betere beveiligingsoplossing, zegt Han. Om dit te bereiken richtten de onderzoekers de lijm op het grensvlak tussen de tag en het oppervlak van het item.

Hun anti-manipulatie-tag bevat een reeks minuscule gleuven waardoor terahertz-golven door de tag kunnen gaan en microscopisch kleine metaaldeeltjes kunnen raken die in de lijm zijn gemengd.

Terahertz-golven zijn klein genoeg om de deeltjes te detecteren, terwijl grotere radiogolven niet voldoende gevoelig zijn om ze te zien. Bovendien konden de onderzoekers door het gebruik van terahertz-golven met een golflengte van één millimeter een chip maken die geen grotere antenne buiten de chip nodig heeft.

Nadat ze door de tag zijn gegaan en het oppervlak van het object hebben geraakt, worden terahertz-golven gereflecteerd of terugverstrooid naar een ontvanger voor authenticatie. Hoe deze golven worden terugverstrooid, hangt af van de verdeling van de metaaldeeltjes die ze reflecteren.

De onderzoekers hebben meerdere sleuven in de chip geplaatst, zodat golven verschillende punten op het oppervlak van het object kunnen treffen, waardoor meer informatie over de willekeurige verdeling van deeltjes wordt vastgelegd.

"Deze reacties zijn onmogelijk te dupliceren, zolang de lijminterface wordt vernietigd door een vervalser", zei Han.

Een leverancier zou de antimanipulatietag voor het eerst uitlezen zodra deze op een item was geplakt, en deze gegevens vervolgens in de cloud opslaan en ze later voor verificatie gebruiken.

Maar toen het tijd werd om de antimanipulatietag te testen, kwam Lee een probleem tegen:het was erg moeilijk en tijdrovend om nauwkeurig genoeg metingen uit te voeren om te bepalen of twee lijmpatronen bij elkaar passen.

Hij nam contact op met een vriend van het MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) en samen pakten ze het probleem aan met behulp van AI. Ze trainden een machinaal lerend model dat lijmpatronen kon vergelijken en de gelijkenis ervan kon berekenen met een nauwkeurigheid van meer dan 99 procent.

“Eén nadeel is dat we voor deze demonstratie over een beperkt datamonster beschikten, maar we zouden het neurale netwerk in de toekomst kunnen verbeteren als een groot aantal van deze tags in een toeleveringsketen zouden worden ingezet, waardoor we veel meer datamonsters zouden krijgen”, aldus Lee.

Het authenticatiesysteem wordt ook beperkt door het feit dat terahertz-golven tijdens de transmissie veel verlies lijden, zodat de sensor slechts ongeveer vier centimeter van de tag verwijderd kan zijn om een nauwkeurige meting te verkrijgen. Deze afstand zou geen probleem zijn voor een toepassing als het scannen van streepjescodes, maar zou te kort zijn voor sommige mogelijke toepassingen, zoals in een geautomatiseerd tolhuisje op de snelweg. Bovendien moet de hoek tussen de sensor en de tag kleiner zijn dan 10 graden, anders zal het terahertz-signaal te veel verslechteren.

Ze zijn van plan deze beperkingen in toekomstig werk aan te pakken en hopen andere onderzoekers te inspireren om optimistischer te zijn over wat er met terahertz-golven kan worden bereikt, ondanks de vele technische uitdagingen, aldus Han.

"Eén ding dat we hier echt willen laten zien, is dat de toepassing van het terahertz-spectrum veel verder kan gaan dan draadloze breedband. In dit geval kun je terahertz gebruiken voor ID, beveiliging en authenticatie. Er zijn veel mogelijkheden", voegde hij eraan toe.

Bron