Pour lutter contre la contrefaçon de la chaîne d'approvisionnement, qui peut coûter des milliards de dollars aux entreprises chaque année, Les chercheurs du MIT ont inventé une étiquette d'identification cryptographique suffisamment petite pour s'adapter à pratiquement n'importe quel produit et vérifier son authenticité.

Un rapport de 2018 de l'Organisation de coopération et de développement économiques estime qu'environ 2 000 milliards de dollars de produits contrefaits seront vendus dans le monde en 2020. C'est une mauvaise nouvelle pour les consommateurs et les entreprises qui commandent des pièces auprès de différentes sources dans le monde pour fabriquer des produits.

Les contrefacteurs ont tendance à utiliser des itinéraires complexes qui incluent de nombreux points de contrôle, rendant difficile la vérification de leurs origines et de leur authenticité. Par conséquent, les entreprises peuvent se retrouver avec des pièces d'imitation. Les étiquettes d'identification sans fil deviennent de plus en plus populaires pour authentifier les actifs car elles changent de main à chaque point de contrôle. Mais ces étiquettes viennent avec différentes tailles, Coût, énergie, et les compromis de sécurité qui limitent leur potentiel.

Étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID) populaires, par exemple, sont trop grands pour tenir sur des objets minuscules tels que des composants médicaux et industriels, pièces automobiles, ou puces de silicium. Les étiquettes RFID ne contiennent pas non plus de mesures de sécurité strictes. Certaines balises sont construites avec des schémas de cryptage pour se protéger contre le clonage et éloigner les pirates, mais ils sont grands et gourmands en énergie. Réduire les étiquettes signifie renoncer à la fois au paquet d'antennes, qui permet la communication par radiofréquence, et à la possibilité d'exécuter un cryptage fort.

Dans un article présenté hier à l'IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), les chercheurs décrivent une puce d'identification qui gère tous ces compromis. Il est de taille millimétrique et fonctionne avec des niveaux de puissance relativement faibles fournis par des diodes photovoltaïques. Il transmet également des données à grande distance, en utilisant une technique de « rétrodiffusion » sans alimentation qui fonctionne à une fréquence des centaines de fois supérieure à celle des RFID. Les techniques d'optimisation des algorithmes permettent également à la puce d'exécuter un schéma de cryptographie populaire qui garantit des communications sécurisées en utilisant une énergie extrêmement faible.

"Nous l'appelons le" tag de tout ". Et tout devrait signifier tout, " dit le co-auteur Ruonan Han, professeur agrégé au Département de génie électrique et d'informatique et chef du Groupe d'électronique intégrée Terahertz au Microsystems Technology Laboratories (MTL). "Si je veux suivre la logistique de, dire, un seul boulon ou implant dentaire ou puce de silicium, Les étiquettes RFID actuelles ne permettent pas cela. Nous avons construit un low-cost, petite puce sans emballage, piles, ou d'autres composants externes, qui stocke et transmet des données sensibles."

Rejoindre Han sur le papier sont:les étudiants diplômés Mohamed I. Ibrahim, Muhammad Ibrahim Wasiq Khan, et Chiraag S. Juvekar; l'ancien associé postdoctoral Wanyeong Jung; ancien postdoctorant Rabia Tugce Yazicigil; et Anantha P. Chandrakasan, qui est le doyen de la MIT School of Engineering et le professeur Vannevar Bush de génie électrique et d'informatique.

Systeme d'intégration

Le travail a commencé comme un moyen de créer de meilleures étiquettes RFID. L'équipe a voulu en finir avec l'emballage, ce qui rend les étiquettes encombrantes et augmente le coût de fabrication. Ils voulaient également une communication dans la haute fréquence térahertz entre les rayonnements micro-ondes et infrarouges (environ 100 gigahertz et 10 terahertz) qui permette l'intégration de puces d'un réseau d'antennes et des communications sans fil à de plus grandes distances de lecteur. Finalement, ils voulaient des protocoles cryptographiques parce que les étiquettes RFID peuvent être scannées par pratiquement n'importe quel lecteur et transmettre leurs données sans discernement.

Mais inclure toutes ces fonctions nécessiterait normalement la construction d'une puce assez grande. Au lieu, les chercheurs ont proposé « une intégration système assez importante, " Ibrahim dit, qui permettait de tout mettre sur un monolithique, c'est-à-dire pas en couches - puce de silicium qui n'était que d'environ 1,6 millimètre carré.

Une innovation est un réseau de petites antennes qui transmettent des données dans les deux sens via une rétrodiffusion entre l'étiquette et le lecteur. Rétrodiffusion, couramment utilisé dans les technologies RFID, se produit lorsqu'une étiquette renvoie un signal d'entrée vers un lecteur avec de légères modulations qui correspondent aux données transmises. Dans le système des chercheurs, les antennes utilisent des techniques de division et de mélange des signaux pour rétrodiffuser les signaux dans la gamme térahertz. Ces signaux se connectent d'abord au lecteur, puis envoient des données pour le cryptage.

Une fonction de "direction de faisceau" est implémentée dans le réseau d'antennes, où les antennes focalisent les signaux vers un lecteur, les rendant plus efficaces, augmenter la puissance et la portée du signal, et réduire les interférences. Il s'agit de la première démonstration d'orientation du faisceau par une balise de rétrodiffusion, selon les chercheurs.

De minuscules trous dans les antennes permettent à la lumière du lecteur de passer à travers les photodiodes en dessous qui convertissent la lumière en environ 1 volt d'électricité. Cela alimente le processeur de la puce, qui exécute le schéma de "cryptographie à courbe elliptique" (ECC) de la puce. ECC utilise une combinaison de clés privées (connues uniquement d'un utilisateur) et de clés publiques (diffusées largement) pour garder les communications privées. Dans le système des chercheurs, la balise utilise une clé privée et une clé publique de lecteur pour s'identifier uniquement auprès des lecteurs valides. Cela signifie que tout espion qui ne possède pas la clé privée du lecteur ne devrait pas être en mesure d'identifier quelle balise fait partie du protocole en surveillant uniquement la liaison sans fil.

L'optimisation du code et du matériel cryptographiques permet au schéma de fonctionner sur un petit processeur économe en énergie, dit Yazicigil. "C'est toujours un compromis, " dit-elle. " Si vous tolérez un budget de puissance plus élevé et une plus grande taille, vous pouvez inclure la cryptographie. Mais le défi est d'avoir la sécurité dans une si petite étiquette avec un faible budget d'alimentation."

Pousser les limites

Actuellement, la portée du signal est d'environ 5 centimètres, ce qui est considéré comme une plage de champ lointain et permet une utilisation pratique d'un scanner d'étiquettes portable. Prochain, les chercheurs espèrent « repousser les limites » de la gamme encore plus loin, dit Ibrahim. Finalement, ils aimeraient que la plupart des balises envoient un ping à un lecteur situé quelque part très loin, dire, une salle de réception à un point de contrôle de la chaîne d'approvisionnement. De nombreux actifs pourraient alors être vérifiés rapidement.

"Nous pensons que nous pouvons avoir un lecteur comme hub central qui n'a pas à s'approcher de l'étiquette, et toutes ces puces peuvent diriger leurs signaux pour parler à ce lecteur, " dit Ibrahim.

Les chercheurs espèrent également alimenter pleinement la puce via les signaux térahertz eux-mêmes, éliminant tout besoin de photodiodes.

Les chips sont si petites, facile à faire, et peu coûteux qu'ils peuvent également être intégrés dans des puces informatiques de silicium plus grandes, qui sont des cibles particulièrement populaires pour la contrefaçon.

"L'industrie américaine des semi-conducteurs a subi des pertes de 7 à 10 milliards de dollars par an à cause des puces contrefaites, ", déclare Wasiq Khan. "Notre puce peut être intégrée de manière transparente à d'autres puces électroniques à des fins de sécurité, cela pourrait donc avoir un impact énorme sur l'industrie. Nos chips coûtent quelques centimes chacune, mais la technologie n'a pas de prix, ", a-t-il plaisanté.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.