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為了防止每年給公司造成數十億美元損失的供應鏈偽造，麻省理工學院的研究人員發明了一種加密ID標籤，該標籤足夠小，幾乎可用於任何產品並驗證其真實性。
經濟合作與發展組織（OECD）2018年的一份報告估計，到2020年，假冒商品的價值將達到2萬億美元。對於消費者和從世界各地訂購零件製造產品的公司來說，這是一個壞消息。
造假者傾向於使用包含許多檢查點的複雜路線，這很難驗證其來源和真實性。因此，公司最終可能會獲得仿製品。當無線ID標籤在每個檢查點易手時，它們在身份驗證資產方面正變得越來越流行。但是這些標籤具有各種尺寸，成本，能源和安全性折衷，從而限制了其潛力。
例如，流行的射頻識別（RFID）標籤太大，無法安裝在微小的物體上，例如醫療和工業組件，汽車零件或矽晶片。RFID標籤也沒有嚴格的安全措施。有些標籤是採用加密方案構建的，可以防止複製和抵禦駭客攻擊，但它們很大，而且很耗電。縮小標籤意味著既要放棄天線封裝（可以實現射頻通信），又要放棄進行強加密的能力。
麻省理工學院研究人員的毫米大小的ID晶片集成了一個加密處理器，一個在高太赫茲範圍內傳輸數據的天線陣列以及用於功率的光電二極管。麻省理工學院 提供
研究人員已經開發出一種ID晶片，可以解決所有這些折衷問題。它的尺寸為毫米，並依靠光伏二極管提供的較低功率運行。它還使用無功率“反向散射”技術在遠距離傳輸數據，該技術的工作頻率比RFID高數百倍。算法優化技術還使晶片能夠運行一種流行的加密方案，該方案可使用極低的能量來保證安全的通信。
“我們稱它為“一切的標籤”。一切都意味著一切，”電氣工程和計算機科學系副教授，微系統技術實驗室（MTL）的太赫茲集成電子集團負責人Ruonan Han說。“如果我想跟踪單個螺栓或牙齒植入物或矽晶片的物流，當前的RFID標籤無法實現這一目標。我們構建了一種低成本的微型晶片，無需包裝，電池或其他外部組件，從而可以存儲和傳輸敏感數據。”
在論文中與Han一起參加的是：研究生Mohamed I. Ibrahim，Muhammad Ibrahim Wasiq Khan和Chiraag S. Juvekar；前博士後研究員Wanwan Jung 前博士後Rabia Tugce Yazicigil，目前是波士頓大學的助理教授，也是MIT的訪問學者；麻省理工學院工程學院院長，範內瓦爾·布什（Vannevar Bush）電機工程與計算機科學系教授Anantha P. Chandrakasan。
系統整合
這項工作開始於創建更好的RFID標籤的一種手段。該團隊希望取消包裝，這會使標籤笨重並增加製造成本。他們還希望在微波和紅外輻射之間以高太赫茲頻率進行通信（大約100吉赫茲和10太赫茲），從而實現天線陣列的晶片集成以及更大距離的讀取器距離的無線通信。最後，他們需要密碼協議，因為RFID標籤實際上可以由任何讀取器掃描，並且可以不加選擇地傳輸其數據。
包括所有這些功能通常需要構建相當大的晶片。相反，研究人員想出了“相當大的系統集成”，研究生Mohamed I. Ibrahim說道，這使一切都可以放在一塊只有1.6平方毫米的單片矽晶片上，即沒有分層的矽晶片上。
一種創新是一系列小型天線，它們通過標籤和讀取器之間的反向散射來回傳輸數據。當標籤將輸入信號以與傳輸的數據相對應的輕微調製反射回閱讀器時，就會發生反向散射（通常在RFID技術中使用）。在研究人員的系統中，天線使用某些信號分離和混合技術將太赫茲範圍內的信號反向散射。這些信號首先與閱讀器連接，然後發送數據進行加密。
即使是芝麻大小，ID標籤（向右放大）也可以比更大的RFID標籤（向左）以更大的讀取器距離發送無線通信，並且可以運行加密算法來幫助保護供應鏈中幾乎所有產品。麻省理工學院 提供
天線陣列中實現了“波束控制”功能，其中天線將信號聚焦到閱讀器，使其更加高效，增加信號強度和範圍並減少干擾。研究人員說，這是通過反向散射標籤進行光束轉向的首次演示。
天線上的微小孔可讓閱讀器發出的光穿過下方的光電二極管，從而將光轉換為約1伏的電。這為晶片的處理器供電，該處理器運行晶片的“橢圓曲線密碼術”（ECC）方案。ECC使用私鑰（僅用戶知道）和公鑰（廣泛傳播）的組合來保持通信的私密性。在研究人員的系統中，標籤使用私鑰和讀者的公鑰來僅對有效的讀者進行標識。這意味著任何不具有讀取器私鑰的竊聽者都不能僅通過監視無線鏈路來識別哪個標籤是協議的一部分。
據現任波士頓大學助理教授的博士後Rabia Tugce Yazicigil說，通過優化密碼和硬件，該方案可以在節能的小型處理器上運行。她說：“這始終是一個權衡，如果您可以承受更高功率的預算和更大的尺寸，則可以包括加密技術。但是挑戰在於，以如此小的標籤實現低功耗的安全性。”
突破極限
當前，信號範圍位於5厘米左右，這被認為是遠場範圍-可以方便地使用便攜式標籤掃描儀。易卜拉欣說，下一步，研究人員希望進一步“突破極限”。最終，他們希望許多標籤能夠對位於供應鏈檢查站接收室等較遠位置的一個讀取器執行ping操作。然後可以迅速驗證許多資產。
易卜拉欣說：“我們認為我們可以將閱讀器作為不需要靠近標籤的中央集線器，所有這些晶片都可以控制信號，從而與該閱讀器對話。”
研究人員還希望通過太赫茲信號本身為晶片提供完全電源，從而消除對光電二極管的任何需求。
這些晶片體積小，易於製造且價格便宜，這意味著它們也可以嵌入到較大的矽計算機晶片中，這是偽造的熱門目標。
研究生Muhammad Ibrahim Wasiq Khan說：“由於假冒晶片，美國半導體行業每年遭受70億至100億美元的損失。” 為了安全起見，我們的晶片可以無縫集成到其他電子晶片中，因此可能會對行業產生巨大影響。我們的晶片每個花費幾美分，但是這項技術是無價的。”
圖文參考: Control Engineering
