Исследователи Массачусетского технологического института разработали криптографическую метку, которая использует терагерцовые волны для проверки подлинности предметов.
Аутентификация происходит за счёт распознавая уникального рисунка микроскопических металлических частиц, подмешенных в клей, на котором держится метка.
Новая метка в несколько раз меньше и значительно дешевле традиционных радиочастотных меток (RFID), которые обычно прикрепляются к товарам для проверки их подлинности. Она также обеспечивает повышенную безопасность в сравнении с RFID, поскольку использует ТГц-волны. Но у этой терагерцовой метки есть общая с традиционными RFID уязвимость: мошенник может отклеить метку от подлинного товара и прикрепить её к подделке.
Исследователи решили устранить эту уязвимость. Они подмешали микроскопические металлические частицы в клей, которым метка приклеивается к предмету, а затем используют терагерцовые волны для обнаружения уникального рисунка, который эти частицы образуют на поверхности предмета. Подобно отпечатку пальца, этот случайный рисунок клея используется для проверки подлинности предмета.
Эти металлические частицы, по сути, являются зеркалами для ТГц-волн. Если разложить кучу зеркальных частиц на поверхности, а затем направить на неё свет, то в зависимости от ориентации, размера и расположения этих частиц можно получить разный отражённый рисунок. Но если отклеить чип и прикрепить его заново, этот рисунок будет уничтожен.
Исследователи изготовили метку размером всего около 4-х квадратных миллиметров. Они также продемонстрировали модель машинного обучения, которая помогает обнаружить фальсификацию, определяя рисунки клея с точностью >99%.
Поскольку производство терагерцовой метки обходится недорого, ее можно использовать в масштабных цепочках поставок. А крошечный размер позволяет прикреплять метку к предметам, слишком маленьким для традиционных радиометок, например, к некоторым медицинским приборам.
Предотвращение взлома
На изобретение метки исследователей вдохновила автомойка, которая клеила RFID-метки на лобовые стекла автомобилей, чтобы подтвердить, что владельцы являются клиентами автомойки. Для дополнительной безопасности метка была сделана из хрупкой бумаги - если кто-то попытается её отклеить и перенести на своё авто, она порвётся.
Но это не слишком надежный способ избежать мошенничества. Например, можно смыть клей растворителем и безопасно удалить хрупкую метку.
Вместо того чтобы проверять подлинность метки, лучше проверять подлинность самого предмета. Чтобы добиться этого, исследователи нанесли слой клея на границу между меткой и поверхностью предмета.
Такая антивандальная метка содержит ряд мельчайших щелей, которые позволяют терагерцовым волнам проходить через метку и обнаруживать микроскопические частицы металла, подмешанные в клей.
ТГц-волны достаточно малы, чтобы обнаружить эти частицы, в то время как более крупные радиоволны не обладают достаточной чувствительностью. Кроме того, использование терагерцовых волн с длиной волны 1 мм позволило исследователям создать чип, которому не нужна большая антенна, расположенная вне чипа.
Пройдя через метку и ударившись о поверхность объекта, ТГц-волны отражаются и попадают в приемник для аутентификации. То, как именно отражаются волны, зависит от распределения металлических частиц в клее.
Продавец будет снимать первые показания с метки, как только она будет наклеена на товар, а затем сохранять эти данные в облаке, чтобы впоследствии использовать их для проверки.
ИИ для аутентификации
Когда пришло время протестировать метку, учёные столкнулись столкнулся с проблемой: сверять совпадение двух узоров частиц в клее оказалось слишком сложно и долго.
ТЗА помощью обратились к специалистам Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL), которые решили проблему с помощью искусственного интеллекта. Исследователи создали модель, которая могла сравнивать образцы рисунков и сопоставлять их с точностью более 99 %.
К сожалению, выборка данных для ИИ была ограничена, но в будущем, когда метки приобретут широкое распространение, нейросеть можно будет улучшить.
Система аутентификации также ограничена тем, что терагерцовые волны имеют высокий уровень потерь при передаче, поэтому датчик должен находиться на расстоянии около 4 сантиметров от метки, чтобы получить точные показания. Для сканеров штрих-кодов такое расстояние не проблема, но может ею стать, например, в автоматизированных кассах для оплаты проезда по автомагистралям. Кроме того, угол между датчиком и меткой должен составлять менее 10 градусов, иначе ТГц-сигнал будет сильно ослаблен. В дальнейшем эти ограничения планируется устранить.
Применение терагерцового спектра может выходить далеко за рамки широкополосной беспроводной связи. Его можно использовать для идентификации, безопасности, аутентификации и других задач. Удастся ли внедрить эту технологию, покажет время.
