Une minuscule puce d’identification sans batterie peut authentifier presque n’importe quel produit pour aider à lutter contre les pertes dues à la contrefaçon – ScienceDaily

Pour lutter contre la contrefaçon de la chaîne d’approvisionnement, qui peut coûter des milliards de dollars aux entreprises chaque année, les chercheurs du MIT ont inventé une étiquette d’identification cryptographique suffisamment petite pour s’adapter à pratiquement n’importe quel produit et vérifier son authenticité.

Un rapport de 2018 de l’Organisation de coopération et de développement économiques estime qu’environ 2 000 milliards de dollars de produits contrefaits seront vendus dans le monde en 2020. Ce sont de mauvaises nouvelles pour les consommateurs et les entreprises qui commandent des pièces de différentes sources dans le monde pour fabriquer des produits.

Les contrefacteurs ont tendance à utiliser des itinéraires complexes qui comprennent de nombreux points de contrôle, ce qui rend difficile la vérification de leurs origines et de leur authenticité. Par conséquent, les entreprises peuvent se retrouver avec des pièces d’imitation. Les étiquettes d’identification sans fil deviennent de plus en plus populaires pour l’authentification des actifs car elles changent de mains à chaque point de contrôle. Mais ces balises sont assorties de divers compromis de taille, de coût, d’énergie et de sécurité qui limitent leur potentiel.

Les étiquettes d’identification par radiofréquence (RFID) populaires, par exemple, sont trop grandes pour tenir sur de minuscules objets tels que des composants médicaux et industriels, des pièces automobiles ou des puces en silicium. Les étiquettes RFID ne contiennent également aucune mesure de sécurité stricte. Certaines balises sont conçues avec des schémas de cryptage pour protéger contre le clonage et repousser les pirates, mais elles sont grandes et gourmandes en énergie. Rétrécir les étiquettes signifie abandonner à la fois le paquet d’antennes – qui permet la communication par radiofréquence – et la possibilité d’exécuter un cryptage fort.

Dans un article présenté hier à la Conférence internationale des circuits à semi-conducteurs (ISSCC) de l’IEEE, les chercheurs décrivent une puce d’identification qui permet de naviguer dans tous ces compromis. Il est de taille millimétrique et fonctionne avec des niveaux d’énergie relativement faibles fournis par des diodes photovoltaïques. Il transmet également des données à des distances éloignées, en utilisant une technique de «rétrodiffusion» sans alimentation qui fonctionne à une fréquence des centaines de fois supérieure aux RFID. Les techniques d’optimisation des algorithmes permettent également à la puce d’exécuter un schéma de cryptographie populaire qui garantit des communications sécurisées en utilisant une énergie extrêmement faible.

«Nous l’appelons le« tag de tout ». Et tout devrait signifier tout “, a déclaré le co-auteur Ruonan Han, professeur agrégé au Département de génie électrique et d’informatique et chef du groupe d’électronique intégrée Terahertz des Microsystems Technology Laboratories (MTL). “Si je veux suivre la logistique, par exemple, d’un seul boulon ou implant dentaire ou puce de silicium, les étiquettes RFID actuelles ne permettent pas cela. Nous avons construit une petite puce à faible coût sans emballage, piles ou autres composants externes, qui stocke et transmet des données sensibles. “

Rejoindre Han sur le papier sont: les étudiants diplômés Mohamed I. Ibrahim, Muhammad Ibrahim Wasiq Khan et Chiraag S. Juvekar; l’ancien associé postdoctoral Wanyeong Jung; ancien postdoc Rabia Tugce Yazicigil; et Anantha P. Chandrakasan, doyenne de la MIT School of Engineering et professeur Vannevar Bush de génie électrique et d’informatique.

Systeme d’intégration

Le travail a commencé comme un moyen de créer de meilleures étiquettes RFID. L’équipe a voulu supprimer l’emballage, ce qui rend les étiquettes volumineuses et augmente les coûts de fabrication. Ils voulaient également une communication à haute fréquence térahertz entre les micro-ondes et le rayonnement infrarouge – environ 100 gigahertz et 10 térahertz – qui permet l’intégration de puces d’un réseau d’antennes et des communications sans fil à de plus grandes distances de lecture. Enfin, ils voulaient des protocoles cryptographiques car les étiquettes RFID peuvent être scannées par pratiquement n’importe quel lecteur et transmettre leurs données sans discrimination.

Mais pour inclure toutes ces fonctions, il faudrait normalement construire une puce assez grande. Au lieu de cela, les chercheurs ont trouvé “une assez grande intégration de système”, dit Ibrahim, qui a permis de tout mettre sur une puce de silicium monolithique – c’est-à-dire non en couches – qui n’était que d’environ 1,6 millimètre carré.

Une innovation est un réseau de petites antennes qui transmettent des données dans les deux sens via la rétrodiffusion entre l’étiquette et le lecteur. La rétrodiffusion, couramment utilisée dans les technologies RFID, se produit lorsqu’une étiquette renvoie un signal d’entrée à un lecteur avec de légères modulations qui correspondent aux données transmises. Dans le système des chercheurs, les antennes utilisent des techniques de séparation et de mélange de signaux pour rétrodiffuser des signaux dans la gamme térahertz. Ces signaux se connectent d’abord au lecteur, puis envoient des données pour le chiffrement.

Dans le réseau d’antennes est implémentée une fonction de “direction de faisceau”, où les antennes focalisent les signaux vers un lecteur, les rendant plus efficaces, augmentant la force et la portée du signal et réduisant les interférences. Il s’agit de la première démonstration de la direction du faisceau par une balise de rétrodiffusion, selon les chercheurs.

De minuscules trous dans les antennes permettent à la lumière du lecteur de passer à travers des photodiodes en dessous qui convertissent la lumière en environ 1 volt d’électricité. Cela alimente le processeur de la puce, qui exécute le schéma de «cryptographie à courbe elliptique» (ECC) de la puce. ECC utilise une combinaison de clés privées (connues uniquement d’un utilisateur) et de clés publiques (largement diffusées) pour maintenir la confidentialité des communications. Dans le système des chercheurs, la balise utilise une clé privée et une clé publique de lecteur pour ne s’identifier qu’aux lecteurs valides. Cela signifie que tout espion qui ne possède pas la clé privée du lecteur ne devrait pas être en mesure d’identifier quelle balise fait partie du protocole en surveillant uniquement la liaison sans fil.

L’optimisation du code et du matériel cryptographiques permet au système de fonctionner sur un petit processeur économe en énergie, explique Yazicigil. “C’est toujours un compromis”, dit-elle. “Si vous tolérez un budget plus puissant et une plus grande taille, vous pouvez inclure la cryptographie. Mais le défi est d’avoir la sécurité dans une si petite balise avec un budget faible puissance.”

Pousser les limites

Actuellement, la plage du signal se situe autour de 5 centimètres, ce qui est considéré comme une plage de champ lointain – et permet une utilisation pratique d’un scanner d’étiquettes portable. Ensuite, les chercheurs espèrent «repousser encore plus les limites» de la gamme, explique Ibrahim. Finalement, ils aimeraient que la plupart des balises piquent un lecteur placé quelque part loin dans, disons, une salle de réception à un point de contrôle de la chaîne d’approvisionnement. De nombreux actifs pourraient alors être vérifiés rapidement.

“Nous pensons que nous pouvons avoir un lecteur en tant que hub central qui n’a pas à se rapprocher de l’étiquette, et toutes ces puces peuvent diriger leurs signaux pour parler à ce lecteur”, explique Ibrahim.

Les chercheurs espèrent également alimenter pleinement la puce via les signaux térahertz eux-mêmes, éliminant ainsi le besoin de photodiodes.

Les puces sont si petites, faciles à fabriquer et peu coûteuses qu’elles peuvent également être intégrées dans des puces informatiques en silicium plus grandes, qui sont des cibles particulièrement populaires pour la contrefaçon.

“L’industrie américaine des semi-conducteurs a subi 7 à 10 milliards de dollars de pertes par an en raison de puces contrefaites”, a déclaré Wasiq Khan. “Notre puce peut être intégrée de manière transparente dans d’autres puces électroniques à des fins de sécurité, ce qui pourrait avoir un impact énorme sur l’industrie. Nos puces coûtent quelques centimes chacune, mais la technologie n’a pas de prix”, a-t-il plaisanté.

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