Para combater a falsificação da cadeia de abastecimento, que pode custar bilhões de dólares anualmente às empresas, Os pesquisadores do MIT inventaram uma etiqueta de identificação criptográfica que é pequena o suficiente para caber em praticamente qualquer produto e verificar sua autenticidade.

Um relatório de 2018 da Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico estima que cerca de US $ 2 trilhões em produtos falsificados serão vendidos em todo o mundo em 2020. Isso é uma má notícia para consumidores e empresas que encomendam peças de diferentes fontes em todo o mundo para construir produtos.

Os falsificadores tendem a usar rotas complexas que incluem muitos pontos de controle, tornando difícil verificar suas origens e autenticidade. Consequentemente, as empresas podem acabar com peças de imitação. As etiquetas de identificação sem fio estão se tornando cada vez mais populares para autenticar ativos à medida que mudam de mãos em cada ponto de verificação. Mas essas tags vêm com vários tamanhos, custo, energia, e compensações de segurança que limitam seu potencial.

Etiquetas de identificação por radiofrequência (RFID) populares, por exemplo, são muito grandes para caber em objetos minúsculos, como componentes médicos e industriais, partes automotivas, ou chips de silício. As etiquetas RFID também não contêm medidas de segurança rígidas. Algumas tags são construídas com esquemas de criptografia para proteger contra clonagem e afastar hackers, mas eles são grandes e com fome de energia. Reduzir as etiquetas significa abrir mão do pacote da antena - que permite a comunicação por radiofrequência - e da capacidade de executar criptografia forte.

Em um artigo apresentado ontem na IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), os pesquisadores descrevem um chip de identificação que navega por todas essas compensações. Tem o tamanho de um milímetro e funciona com níveis relativamente baixos de energia fornecida por diodos fotovoltaicos. Ele também transmite dados em distâncias distantes, usando uma técnica de "retroespalhamento" sem energia que opera a uma frequência centenas de vezes maior do que os RFIDs. As técnicas de otimização de algoritmo também permitem que o chip execute um esquema de criptografia popular que garante comunicações seguras usando energia extremamente baixa.

"Chamamos isso de 'etiqueta de tudo." E tudo deve significar tudo, "diz o co-autor Ruonan Han, professor associado do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação e chefe do Terahertz Integrated Electronics Group nos Laboratórios de Tecnologia de Microsistemas (MTL). "Se eu quiser rastrear a logística de, dizer, um único parafuso ou implante dentário ou chip de silício, as etiquetas RFID atuais não permitem isso. Construímos um baixo custo, chip minúsculo sem embalagem, baterias, ou outros componentes externos, que armazena e transmite dados confidenciais. "

Juntando-se a Han no papel estão:alunos de graduação Mohamed I. Ibrahim, Muhammad Ibrahim Wasiq Khan, e Chiraag S. Juvekar; ex-associado de pós-doutorado Wanyeong Jung; a ex-pós-doutoranda Rabia Tugce Yazicigil; e Anantha P. Chandrakasan, quem é o reitor da Escola de Engenharia do MIT e o Professor Vannevar Bush de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação.

Integração de sistema

O trabalho começou como um meio de criar melhores etiquetas RFID. A equipe queria acabar com a embalagem, o que torna as etiquetas volumosas e aumenta o custo de fabricação. Eles também queriam comunicação na frequência de alto terahertz entre microondas e radiação infravermelha - em torno de 100 gigahertz e 10 terahertz - que permite a integração do chip de um conjunto de antenas e comunicações sem fio em distâncias maiores de leitura. Finalmente, eles queriam protocolos criptográficos porque as etiquetas RFID podem ser escaneadas essencialmente por qualquer leitor e transmitir seus dados indiscriminadamente.

Mas incluir todas essas funções normalmente exigiria a construção de um chip bastante grande. Em vez de, os pesquisadores descobriram "uma integração de sistema bem grande, "Ibrahim diz, que permitiu colocar tudo em um monolítico - ou seja, não em camadas - chip de silício que tinha apenas cerca de 1,6 milímetros quadrados.

Uma inovação é um conjunto de pequenas antenas que transmitem dados de um lado para outro por meio de retroespalhamento entre a etiqueta e o leitor. Backscatter, comumente usado em tecnologias RFID, acontece quando uma etiqueta reflete um sinal de entrada de volta para um leitor com ligeiras modulações que correspondem aos dados transmitidos. No sistema dos pesquisadores, as antenas usam algumas técnicas de divisão e mistura de sinal para retroespalhar sinais na faixa de terahertz. Esses sinais primeiro se conectam ao leitor e, em seguida, enviam os dados para criptografia.

Implementada no conjunto de antenas está uma função de "direcionamento do feixe", onde as antenas focam os sinais para um leitor, tornando-os mais eficientes, aumentando a intensidade e o alcance do sinal, e reduzindo a interferência. Esta é a primeira demonstração da direção do feixe por uma etiqueta de retroespalhamento, de acordo com os pesquisadores.

Orifícios minúsculos nas antenas permitem que a luz do leitor passe para os fotodiodos embaixo, que convertem a luz em cerca de 1 volt de eletricidade. Isso ativa o processador do chip, que executa o esquema de "criptografia de curva elíptica" (ECC) do chip. ECC usa uma combinação de chaves privadas (conhecidas apenas pelo usuário) e chaves públicas (amplamente disseminadas) para manter as comunicações privadas. No sistema dos pesquisadores, a tag usa uma chave privada e uma chave pública do leitor para se identificar apenas para leitores válidos. Isso significa que qualquer bisbilhoteiro que não possua a chave privada do leitor não deve ser capaz de identificar qual tag faz parte do protocolo monitorando apenas o link sem fio.

A otimização do código criptográfico e do hardware permite que o esquema seja executado em um processador pequeno e com baixo consumo de energia, Yazicigil diz. "É sempre uma troca, "ela diz." Se você tolerar um orçamento de alta potência e um tamanho maior, você pode incluir criptografia. Mas o desafio é ter segurança em uma etiqueta tão pequena com um orçamento de baixo consumo de energia. "

Forçando os limites

Atualmente, o alcance do sinal fica em torno de 5 centímetros, que é considerada uma faixa de campo distante - e permite o uso conveniente de um scanner portátil de etiquetas. Próximo, os pesquisadores esperam "empurrar os limites" do intervalo ainda mais, Ibrahim diz. Eventualmente, eles gostariam que muitas das tags fizessem ping em um leitor posicionado em algum lugar distante, dizer, uma sala de recebimento em um ponto de verificação da cadeia de abastecimento. Muitos ativos podem ser verificados rapidamente.

“Achamos que podemos ter um leitor como um hub central que não precisa se aproximar da tag, e todos esses chips podem direcionar seus sinais para falar com aquele leitor, "Ibrahim diz.

Os pesquisadores também esperam alimentar totalmente o chip por meio dos sinais de terahertz, eliminando qualquer necessidade de fotodiodos.

Os chips são tão pequenos, fácil de fazer, e baratos que também podem ser incorporados em chips de computador de silício maiores, que são alvos especialmente populares de falsificação.

"A indústria de semicondutores dos EUA sofreu perdas de US $ 7 bilhões a US $ 10 bilhões anualmente por causa de chips falsificados, "Wasiq Khan diz." Nosso chip pode ser perfeitamente integrado a outros chips eletrônicos para fins de segurança, portanto, pode ter um grande impacto na indústria. Nossos chips custam alguns centavos cada, mas a tecnologia não tem preço, "ele brincou.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.