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Alcuni anni fa, i ricercatori del MIT hanno inventato un tag ID crittografico che è molte volte più piccolo e significativamente più economico dei tradizionali tag a radiofrequenza (RFID) che vengono spesso apposti sui prodotti per verificarne l’autenticità.
Questo minuscolo tag, che offre una maggiore sicurezza rispetto agli RFID, utilizza onde terahertz, che sono più piccole e viaggiano molto più velocemente delle onde radio. Ma questo tag terahertz condivideva una grave vulnerabilità di sicurezza con gli RFID tradizionali: un contraffattore potrebbe staccare il tag da un articolo autentico e riattaccarlo a un falso, e il sistema di autenticazione non se ne accorgerebbe.
I ricercatori hanno ora superato questa vulnerabilità della sicurezza sfruttando le onde terahertz per sviluppare un tag ID antimanomissione che offre ancora i vantaggi di essere piccolo, economico e sicuro.
Mescolano microscopiche particelle metalliche nella colla che attacca l’etichetta a un oggetto, quindi utilizzano le onde terahertz per rilevare il modello unico che tali particelle formano sulla superficie dell’oggetto. Simile a un’impronta digitale, questo modello di colla casuale viene utilizzato per autenticare l’oggetto, spiega Eunseok Lee, uno studente laureato in ingegneria elettrica e informatica (EECS) e autore principale di un articolo sull’etichetta antimanomissione.
“Queste particelle metalliche sono essenzialmente come specchi per le onde terahertz. Se distribuissi un gruppo di pezzi di specchio su una superficie e poi illuminassi la luce, a seconda dell’orientamento, delle dimensioni e della posizione di quegli specchi, otterrei uno schema riflesso diverso. Ma se rimuovi il chip e lo riattacchi, distruggi quel modello”, aggiunge Ruonan Han, professore associato all’EECS, che guida il Terahertz Integrated Electronics Group nel Laboratorio di ricerca di elettronica.
I ricercatori hanno prodotto un tag antimanomissione alimentato dalla luce di circa 4 millimetri quadrati. Hanno anche dimostrato un modello di apprendimento automatico che aiuta a rilevare la manomissione identificando impronte digitali simili con modelli di colla con una precisione superiore al 99%.
Poiché il tag terahertz è così economico da produrre, potrebbe essere implementato in un’enorme catena di approvvigionamento. Inoltre, le sue dimensioni ridotte consentono di attaccare l’etichetta a oggetti troppo piccoli per i tradizionali RFID, come alcuni dispositivi medici.
Il documento, che sarà presentato alla IEEE Solid State Circuits Conference, è una collaborazione tra il gruppo di Han e l’Energy-Efficient Circuits and Systems Group di Anantha P. Chandrakasan, responsabile dell’innovazione e della strategia del MIT, preside della School of Engineering del MIT e Vannevar Bush Professore dell’EECS. I coautori includono gli studenti laureati EECS Xibi Chen, Maitryi Ashok e Jaeyeon Won.
Prevenire le manomissioni
Questo progetto di ricerca è stato in parte ispirato dall’autolavaggio preferito di Han. L’azienda ha attaccato un tag RFID sul suo parabrezza per autenticare la sua iscrizione all’autolavaggio. Per maggiore sicurezza, l’etichetta era realizzata in carta fragile, quindi sarebbe stata distrutta se un cliente poco onesto avesse tentato di staccarla e incollarla su un parabrezza diverso.
Ma questo non è un modo molto affidabile per prevenire manomissioni. Ad esempio, qualcuno potrebbe utilizzare una soluzione per sciogliere la colla e rimuovere in sicurezza la fragile etichetta.
Invece di autenticare l’etichetta, una soluzione di sicurezza migliore è autenticare l’oggetto stesso, afferma Han. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno concentrato la colla sull’interfaccia tra l’etichetta e la superficie dell’oggetto.
Il loro tag antimanomissione contiene una serie di minuscole fessure che consentono alle onde terahertz di passare attraverso il tag e colpire microscopiche particelle metalliche che sono state mescolate alla colla.
Le onde terahertz sono abbastanza piccole da rilevare le particelle, mentre le onde radio più grandi non avrebbero abbastanza sensibilità per vederle. Inoltre, l’utilizzo di onde terahertz con una lunghezza d’onda di 1 millimetro ha permesso ai ricercatori di realizzare un chip che non necessita di un’antenna esterna più grande.
Dopo aver attraversato il tag e aver colpito la superficie dell’oggetto, le onde terahertz vengono riflesse, o retrodiffuse, verso un ricevitore per l’autenticazione. Il modo in cui queste onde vengono retrodiffuse dipende dalla distribuzione delle particelle metalliche che le riflettono.
I ricercatori hanno inserito più slot nel chip in modo che le onde possano colpire diversi punti sulla superficie dell’oggetto, acquisendo più informazioni sulla distribuzione casuale delle particelle.
“Queste risposte sono impossibili da duplicare, a condizione che l’interfaccia collante venga distrutta da un contraffattore”, afferma Han.
Un fornitore effettuerebbe una lettura iniziale dell’etichetta antimanomissione una volta incollata su un articolo, quindi memorizzerebbe tali dati nel cloud, utilizzandoli successivamente per la verifica.
AI per l’autenticazione
Ma quando è arrivato il momento di testare il tag antimanomissione, Lee si è imbattuto in un problema: era molto difficile e dispendioso in termini di tempo effettuare misurazioni sufficientemente precise per determinare se due modelli di colla corrispondono.
Ha contattato un amico del Laboratorio di informatica e intelligenza artificiale (CSAIL) del MIT e insieme hanno affrontato il problema utilizzando l’intelligenza artificiale. Hanno addestrato un modello di apprendimento automatico in grado di confrontare i modelli di colla e calcolare la loro somiglianza con una precisione superiore al 99%.
“Uno svantaggio è che avevamo un campione di dati limitato per questa dimostrazione, ma potremmo migliorare la rete neurale in futuro se un gran numero di questi tag venissero distribuiti in una catena di approvvigionamento, fornendoci molti più campioni di dati”, afferma Lee .
Il sistema di autenticazione è inoltre limitato dal fatto che le onde terahertz soffrono di elevati livelli di perdita durante la trasmissione, quindi il sensore può trovarsi solo a circa 4 centimetri dal tag per ottenere una lettura accurata. Questa distanza non costituirebbe un problema per un’applicazione come la scansione di codici a barre, ma sarebbe troppo breve per alcuni potenziali usi, ad esempio in un casello autostradale automatizzato. Inoltre, l’angolo tra il sensore e il tag deve essere inferiore a 10 gradi altrimenti il segnale terahertz si degraderà troppo.
Hanno in programma di affrontare queste limitazioni nel lavoro futuro e sperano di ispirare altri ricercatori a essere più ottimisti su ciò che può essere realizzato con le onde terahertz, nonostante le numerose sfide tecniche, afferma Han.
“Una cosa che vogliamo davvero mostrare qui è che l’applicazione dello spettro terahertz può andare ben oltre il wireless a banda larga. In questo caso, puoi utilizzare terahertz per ID, sicurezza e autenticazione. Ci sono molte possibilità là fuori”, aggiunge.
Questo lavoro è sostenuto, in parte, dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e dalla Korea Foundation for Advanced Studies.
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