Il y a quelques années, des chercheurs du MIT ont inventé un étiquette d'identification cryptographique qui est plusieurs fois plus petite et nettement moins chère que les étiquettes radiofréquences (RFID) traditionnelles qui sont souvent apposées sur les produits pour vérifier leur authenticité.
Cette petite étiquette, qui offre une sécurité améliorée par rapport aux RFID, utilise des ondes térahertz, qui sont plus petites et se propagent beaucoup plus rapidement que les ondes radio. Mais cette étiquette térahertz partageait une faille de sécurité majeure avec les RFID traditionnelles : un contrefacteur pourrait décoller l'étiquette d'un article authentique et la rattacher à un faux, et le système d'authentification n'en serait pas plus avisé.
Les chercheurs ont maintenant surmonté cette faille de sécurité en exploitant les ondes térahertz pour développer une étiquette d'identification anti-falsification qui offre toujours les avantages d'être petite, bon marché et sécurisée.
Ils mélangent des particules métalliques microscopiques dans la colle qui colle l'étiquette à un objet, puis utilisent des ondes térahertz pour détecter le motif unique que ces particules forment sur la surface de l'objet. Semblable à une empreinte digitale, ce motif de colle aléatoire est utilisé pour authentifier l'article, explique Eunseok Lee, étudiant diplômé en génie électrique et informatique (EECS) et auteur principal d'un article sur l'étiquette antifalsification.
« Ces particules métalliques sont essentiellement comme des miroirs pour les ondes térahertz. Si j'étale un tas de morceaux de miroir sur une surface et que j'éclaire ensuite celle-ci, en fonction de l'orientation, de la taille et de l'emplacement de ces miroirs, j'obtiendrais un motif réfléchi différent. Mais si vous retirez la puce et la remettez en place, vous détruisez ce modèle », ajoute Ruonan Han, professeur agrégé à l'EECS, qui dirige le groupe d'électronique intégrée Terahertz au laboratoire de recherche en électronique.
Les chercheurs ont produit une étiquette anti-effraction alimentée par la lumière et mesurant environ 4 millimètres carrés. Ils ont également démontré un modèle d’apprentissage automatique qui permet de détecter la falsification en identifiant des empreintes digitales de motifs de colle similaires avec une précision de plus de 99 %.
Parce que l’étiquette térahertz est très peu coûteuse à produire, elle pourrait être mise en œuvre tout au long d’une chaîne d’approvisionnement massive. Et sa petite taille permet à l’étiquette de s’attacher à des objets trop petits pour les RFID traditionnelles, comme certains dispositifs médicaux.
Le document, qui sera présenté à la conférence IEEE sur les circuits à semi-conducteurs, est une collaboration entre le groupe de Han et le groupe des circuits et systèmes économes en énergie d'Anantha P. Chandrakasan, responsable de l'innovation et de la stratégie du MIT, doyenne de la MIT School of Engineering. , et le professeur Vannevar Bush de l'EECS. Les co-auteurs comprennent les étudiants diplômés de l'EECS, Xibi Chen, Maitryi Ashok et Jaeyeon Won.
Prévenir la falsification
Ce projet de recherche s'inspire en partie du lave-auto préféré de Han. L'entreprise a collé une étiquette RFID sur son pare-brise pour authentifier son adhésion au lave-auto. Pour plus de sécurité, l'étiquette était fabriquée à partir de papier fragile, de sorte qu'elle serait détruite si un client peu honnête essayait de la décoller et de la coller sur un autre pare-brise.
Mais ce n’est pas un moyen très fiable d’empêcher toute falsification. Par exemple, quelqu'un pourrait utiliser une solution pour dissoudre la colle et retirer en toute sécurité l'étiquette fragile.
Plutôt que d'authentifier l'étiquette, une meilleure solution de sécurité consiste à authentifier l'article lui-même, explique Han. Pour y parvenir, les chercheurs ont ciblé la colle sur l'interface entre l'étiquette et la surface de l'objet.
Leur étiquette anti-effraction contient une série de minuscules fentes qui permettent aux ondes térahertz de traverser l'étiquette et de frapper les particules métalliques microscopiques mélangées à la colle.
Les ondes térahertz sont suffisamment petites pour détecter les particules, alors que les ondes radio plus grandes n'auraient pas suffisamment de sensibilité pour les voir. De plus, l’utilisation d’ondes térahertz d’une longueur d’onde de 1 millimètre a permis aux chercheurs de fabriquer une puce qui n’a pas besoin d’une antenne hors puce plus grande.
Après avoir traversé l'étiquette et frappé la surface de l'objet, les ondes térahertz sont réfléchies ou rétrodiffusées vers un récepteur pour authentification. La manière dont ces ondes sont rétrodiffusées dépend de la distribution des particules métalliques qui les réfléchissent.
Les chercheurs ont placé plusieurs fentes sur la puce afin que les ondes puissent frapper différents points de la surface de l'objet, capturant ainsi davantage d'informations sur la distribution aléatoire des particules.
« Ces réponses sont impossibles à reproduire, tant que l'interface de colle est détruite par un contrefacteur », explique Han.
Un fournisseur effectuait une première lecture de l'étiquette antifalsification une fois qu'elle était collée sur un article, puis stockait ces données dans le cloud, pour les utiliser ultérieurement à des fins de vérification.
IA pour l'authentification
Mais quand est venu le temps de tester l’étiquette anti-effraction, Lee s’est heurté à un problème : il était très difficile et long de prendre des mesures suffisamment précises pour déterminer si deux modèles de colle correspondaient.
Il a contacté un ami du laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle (CSAIL) du MIT et, ensemble, ils ont résolu le problème en utilisant l'IA. Ils ont formé un modèle d’apprentissage automatique capable de comparer les modèles de colle et de calculer leur similarité avec une précision de plus de 99 %.
« L'un des inconvénients est que nous disposions d'un échantillon de données limité pour cette démonstration, mais nous pourrions améliorer le réseau neuronal à l'avenir si un grand nombre de ces balises étaient déployées dans une chaîne d'approvisionnement, ce qui nous donnerait beaucoup plus d'échantillons de données », explique Lee. .
Le système d'authentification est également limité par le fait que les ondes térahertz subissent des niveaux élevés de perte lors de la transmission, de sorte que le capteur ne peut se trouver qu'à environ 4 centimètres de l'étiquette pour obtenir une lecture précise. Cette distance ne poserait pas de problème pour une application telle que la lecture de codes-barres, mais elle serait trop courte pour certaines utilisations potentielles, comme dans un poste de péage autoroutier automatisé. De plus, l'angle entre le capteur et l'étiquette doit être inférieur à 10 degrés, sinon le signal térahertz se dégradera trop.
Ils prévoient de remédier à ces limites dans leurs travaux futurs et espèrent inciter d'autres chercheurs à être plus optimistes quant à ce qui peut être accompli avec les ondes térahertz, malgré les nombreux défis techniques, explique Han.
« Une chose que nous voulons vraiment montrer ici, c’est que l’application du spectre térahertz peut aller bien au-delà du haut débit sans fil. Dans ce cas, vous pouvez utiliser le térahertz pour l'identification, la sécurité et l'authentification. Il existe de nombreuses possibilités », ajoute-t-il.
Ce travail est soutenu en partie par la National Science Foundation des États-Unis et la Korea Foundation for Advanced Studies.
