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毫米级芯片“挽救”百亿美元假芯片损失,万物皆可加密

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  • 来源:
  • 发布时间:2020-02-27 15:33
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毫米级芯片“挽救”百亿美元假芯片损失,万物皆可加密

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据麻省理工学院新闻部20日报道,麻省理工学院研究人员发明了一种加密ID芯片,体积非常小,可以安装到任何产品中,并起到防伪的作用。可以消除各大公司头疼的供应链伪造问题,拯救数十亿美元的损失。

 

经济合作与发展组织(OECD)在2018年的一份报告预估,到2020年,全球将出售价值约2万亿美元的假货。这对消费者和从世界各地订购零件来生产产品的公司来说是个坏消息。

 

造假者倾向于使用一些包含许多复杂检验点的方法,这给验证产品的来源以及真实性带来了许多挑战。最终,公司还是买到了仿制品。当产品在检查点进行多重检验时,无线ID标签的使用变得越加流行。但是这些标签因为大小不一、成本不同、能耗以及安全性也很难得到平衡,这些种种都行限制了标签们的潜力。

 

比如,使用传统的射频识别(RFID)标签,因为其体积太大,无法安装在医疗和工业部件、汽车部件或硅芯片等微小物体上。此外,RFID也没有足够的安全机制。一些标签是用加密方法构建,以防止被克隆和黑客攻击,但体积过大且非常耗电。如果把标签给做小,则意味着阉割了天线和强大的加密功能。

 

在19日的IEEE国际固态电路会议(ISSCC)上,研究人员展示了一种兼具所有功能的ID芯片。它拥有毫米级尺寸、依靠较低功耗的光伏二极管供电,它还使用无功率“反向散射”(backscatter)技术在远距离传输数据,该技术的工作频率比RFID高数百倍。算法优化技术也使芯片能够运行流行的密码学方案,以保证使用极低的能量进行安全通信。

 

“我们称它为‘万物标签’,万物指代世间所有的物体。”作为论文共同作者之一的电气工程与计算机科学系副教授、微系统技术实验室(TTL)的太赫兹集成电子事业部负责人韩若楠(音译,Ruonan Han)表示:“如果我想追踪一个物体,譬如一个螺栓、植入的牙齿亦或者一枚硅芯片,目前的射频识别标签不允许这样做。我们制造了一个低成本的微型芯片,它不需要包装、电池或其他外部部件,可以存储和传输敏感数据。”

 

论文作者还包括:研究生Mohamed I. Ibrahim、Muhammad Ibrahim Wasiq Khan和Chiraag S. Juvekar;前博士后研究员Wanwan Jung 前博士后Rabia Tugce Yazicigil;麻省理工学院工程学院院长Vannevar Bush以及电机工程与计算机科学系教授Anantha P. Chandrakasan。

 

 

完整的系统整合

 

 

该项工作始于创建更好的RFID标签。团队成员想直接去掉封装,以缩小成本和体积。他们还希望在微波和红外辐射之间以高太赫兹频率进行通信(大约100GHz和10THz),能够在更长的读取距离上集成天线阵列和无线通信芯片。最后,再加上密码协议,因为RFID标签实际上可以被任何读取器扫描,并且肆意地传输其数据。

 

但是包括所有这些功能通常需要构建一个相当大的芯片。相反,研究人员提出了一个“相当大的系统集成”,Ibrahim表示,这可以让所有东西都放在一块只有1.6平方毫米的单硅芯片上。

 

其中一项创新是一组小型天线,它们通过标签和读取器之间的反向散射进行数据传输。反向散射是RFID中常用的一种技术,当标签将输入信号反射回读取器时,就会发生这种情况。在这套系统中,天线使用了一些信号分裂和混合技术来在太赫兹范围内反向散射信号。这些信号首先与读取器连接,然后发送数据进行加密。

 

天线阵列中实现了一种“波束控制”(beam steering)功能,即天线将信号聚焦到读取器,增加信号强度和传播范围并减少干扰。研究人员说,这是通过反向散射标签进行光束转向的首次演示。

 

天线上的小孔可让阅读器发出的光通过下方的光电二极管,从而将光转换为约1伏的电。这就能为芯片的处理器供电,处理器运行了芯片的“椭圆曲线密码术”(ECC)方案。ECC使用私钥和公钥的组合来保持通信的私密性。任何不具有读取器私钥的窃听者都不能仅通过监视无线链路来识别哪个标签是协议的一部分。 

 

Yazicigil说,通过优化加密代码和硬件,该方案可以在耗电极小的小型处理器上运行。她表示:“这需要做一个权衡,如果您可以承担大功耗和大尺寸,则可以使用加密技术。但现在的挑战是,如此小的标签来实现低能耗的安全性。”

 

 

未来突破极限

 

 

目前的信号范围约为5厘米,这还是远场范围,能够方便地使用便携式标签扫描仪。Ibrahim表示,研究人员接下来希望进一步“突破极限”。他们希望许多标签能够直接放在供应链检查站等较远位置,能够让一些物资快速得到验证。

 

Ibrahim称:“甚至可以将阅读器一个中心枢纽,且不必靠近标签,所有这些芯片都可以发射控制信号,与一个阅读器对话。”

 

研究人员还希望通过太赫兹信号为芯片提供充分的电源,从而连光电二极管都可以省去。

 

这些芯片非常小巧,易于制造且价格便宜,因此它们也可以嵌入到更大的计算机芯片中,而计算机芯片也是伪造的热门目标。

 

Wasiq Khan说:“假冒芯片让美国半导体行业每年遭受70亿至100亿美元的损失。为了安全起见,我们的芯片可以无缝集成到其他电子芯片中,因此可能会对行业产生巨大影响。价格也非常便宜,每个只要几美分,不过技术是无价的。”

 

来源:TechSugar编辑部翻译自MIT News。

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