麻省理工研制新型加密防伪标签:几乎适用于任何产品

2020-02-25

2月20日,麻省理工学院的研究人员们在国际固态电路年度会议(ISSCC)上,发表论文描述了一款新型加密防伪标签。这款标签的尺寸是毫米级的,并且运行在光伏二极管供电的相对低功耗的水平上。同时,它也采用了一种无功耗的“反向散射”技术,长距离传输数据。算法优化技术也使得芯片能运行普通的加密方案,保证能耗极低的安全通信。



一直以来,RFID 标签也没有严格的安全措施。一些采用加密机制构建的标签,以防止克隆并抵御黑客,但是它们尺寸太大,耗电太多。缩小标签的尺寸,意味着放弃封装天线(天线实现了射频通信)以及运行强大加密技术的能力,不适合微型物体的管理。


一开始麻省理工的这项研究要创造一款RFID标签。团队想要去掉使标签变笨重以及增加制造成本的包装。同时希望在微波与红外线之间的高太赫兹频率(约100GHz到10THz)进行通信,这样就能实现天线阵列的芯片集成,以及读写器距离更远的无线通信。最终,他们想要加密协议,而且RFID电子标签需要能够被任何读写器扫描,并随意地传输数据。


但是,所有这些功能通常需要构造一个相当大的芯片。因此,研究人员提出了“一种相当大的系统集成”。这种集成使得所有东西都放在了一片(不是分层的)硅芯片上,其面积仅约有1.6平方毫米。如下图所示,尽管只有一粒芝麻种子那么大,这个标签(右侧放大)可以在与大得多的RFID标签(左)媲美的读写器距离上进行无线通信,并运行加密算法帮助保证供应链中几乎所有产品的安全。


(图片来源:麻省理工学院)


值得一提的是其中的小型天线阵列,它通过标签与读写器之间的反向散射,向前后传输数据。在RFID技术中,反向散射被普遍使用。当标签将输入信号与传输数据相对应进行轻微调制,反射回读写器时,反向散射就发生了。天线采用一些信号拆分与混合技术,在太赫兹范围内反向散射这些信号。这些信号首先与读写器连接,然后发送数据进行加密。天线阵列中实现了一种“波束转向(beam steering)”功能,天线将信号聚焦至读写器,使之更加高效,增加信号的强度和范围,减少干扰。


天线中的微洞使来自读写器的光线通过下方的光电二极管,光电二极管将光线转化为1伏特的电力。它启动了芯片的处理器,处理器运行芯片的“椭圆曲线加密算法(ECC)”。ECC采用私钥(仅用户知道)和公钥(广泛传播)来保持通信私密。


研究人员也希望,通过太赫兹信号本身来为芯片供电,从而不再需要光电二极管。


当然,目前信号范围在5厘米左右,这被认为是远场范围,便于使用便携式标签扫描仪。下一步,研究人员希望挑战更远的距离。最终,他们想要许多标签连接一个远处的读写器器,例如供应链检查点的接收室。然后,许多资产就能得到迅速核实。


研究人员表示:“我们认为,我们可将一个读写器作为无需接近标签的中央集线器,所有这些芯片可以对它们的信号进行波束转向,从而与那个读写器进行通信。”


在研究人员们的系统中,标签采用私钥和读写器的公钥,来保证它自己只被合法的读写器识别。这意味,任何没有读写器私钥的窃听者,都不能仅通过监测无线链接来识别哪个标签是协议的一部分。


(图文来源于网络,侵删)

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