研究者は小さな認証IDタグを作成します

マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者は、ほとんどすべての製品に適合して信頼性を検証できる小さな暗号化IDタグを発明しました。これには、より大きなシリコンチップへの統合が含まれます。ミリメートルサイズのIDチップは、暗号化プロセッサ、アンテナアレイ、および電力用のフォトダイオードを統合しています。

偽造は大きな問題です。 2018年のレポートによると、経済協力開発機構は2020年に約2兆ドル相当の偽造品が世界中で販売されると予測しており、米国半導体工業会は米国の半導体業界に年間約75億ドルの損失をもたらしています。

マサチューセッツ工科大学の卒業生でチーム研究者のムハンマド・イブラヒム・ワシク・カーン氏は声明のなかで、「米国の半導体産業は、偽造チップのために年間70億ドルから100億ドルの損失を被った」と述べた。 「当社のチップは、セキュリティの目的で他の電子チップにシームレスに統合できるため、業界に大きな影響を与える可能性があります。私たちのチップはそれぞれ数セントの費用がかかりますが、テクノロジーは貴重です。」

研究者によると、新しいIDタグは、サイズ、コスト、消費電力、セキュリティのトレードオフなど、認証に使用される今日のワイヤレスIDタグに伴う多くの課題を解決します。引用されている例には、セキュリティ対策が制限されている医療および産業用コンポーネント、自動車部品、シリコンチップなどの小さな製品に収まらないほど大きいRFID（Radio-Frequency Identification）タグが含まれます。タグが暗号化スキームを提供している場合でも、タグは大きく、電力を大量に消費します、とMITは言いました。

ミリメートルサイズのIDチップは、暗号化プロセッサ、アンテナアレイ、および電力用の光起電ダイオードを統合しています。 （画像：MITの研究者の厚意により、MIT Newsが編集）

MITの研究者は、IDチップを「すべてのタグ」と表現し、今日のワイヤレスIDおよびRFIDタグに見られる多くの課題を解決しています。最近のIEEEInternational Solid-State Circuits Conference（ISSCC）で発表された論文で、研究者たちはIDチップが光起電ダイオードによって供給される低レベルの電力で動作すると述べました。

もう1つの興味深い機能は、「RFIDの数百倍」の周波数で動作するパワーフリーの「後方散乱」技術のおかげで、IDチップが遠距離でデータを送信することです。さらに、このチップはアルゴリズム最適化技術を使用して、非常に低いエネルギーを使用して安全な通信を提供する一般的な暗号化スキームを実行します。

「たとえば、単一のボルトまたは歯のインプラントまたはシリコンチップのロジスティクスを追跡したい場合、現在のRFIDタグではそれができません」と電気工学およびコンピューター学科の准教授であるRuonanHan氏は述べています。科学とMicrosystemsTechnology Laboratories（MTL）のTerahertz Integrated ElectronicsGroupの責任者が声明で述べています。 「私たちは、機密データを保存および送信する、パッケージ、バッテリー、またはその他の外部コンポーネントを含まない、低コストの小さなチップを構築しました。」

共著者には、大学院生のMohamed I.IbrahimとMuhammadIbrahim WasiqKhanが含まれます。元大学院生ChiraagS。Juvekar;元ポスドクのワニョン・ジョン。元ポスドクのRabiaTugce Yazicigilは、現在ボストン大学の助教授であり、MITの客員研究員です。 MIT工学部の学部長であり、VannevarBushの電気工学およびコンピューター科学の教授であるAnanthaP.Chandrakasan。

チームは、パッケージを排除することでより優れたRFIDタグを作成したいと考えていました。これにより、サイズとコストが増加します。約100GHzおよび10THzの高いテラヘルツ周波数を使用して、より長いリーダー距離でのアンテナアレイと無線通信の統合を可能にし、暗号化プロトコルを追加します。

イブラヒム氏は、「かなり大きなシステム統合」を開発したと述べました。これにより、研究者は、1.6平方ミリメートルのモノリシックシリコンチップにすべてを詰め込むことができました。

IDタグ（右）は、より大きなRFIDタグ（左）と競合するリーダー距離でワイヤレス通信を送信し、暗号化アルゴリズムを実行して、サプライチェーン内のほぼすべての製品を保護することができます。 （画像：MITの研究者の好意による ）

研究者によると、IDチップは、タグとリーダー間の後方散乱を介してデータを送受信する一連の小さなアンテナを統合し、アンテナは信号分割および混合技術を使用してテラヘルツ範囲の信号を後方散乱します。 「これらの信号は最初にリーダーに接続し、次に暗号化のためにデータを送信します。」

アンテナアレイは、信号強度と範囲を拡大し、干渉を低減するビームステアリング機能も使用します。これは、後方散乱タグでのビームステアリングの最初のデモンストレーションであると研究者は述べています。

IDチップは、フォトダイオードを使用してチップのプロセッサに電力を供給します。プロセッサは、秘密鍵と公開鍵を組み合わせて通信を秘密に保つチップの「楕円曲線暗号」（ECC）スキームを実行します。

「暗号化コードとハードウェアを最適化することで、エネルギー効率の高い小型のプロセッサでスキームを実行できるようになります」と、ボストン大学の助教授でMITの客員研究員であるYazicigil氏は声明で述べています。

「それは常にトレードオフです」と彼女は言いました。 「より高い電力予算とより大きなサイズを許容する場合は、暗号化を含めることができます。しかし、課題は、低電力の予算でこのような小さなタグにセキュリティを確保することです。」

研究者のための次のステップは、現在の信号範囲を約5センチメートルに拡張し、テラヘルツ信号を介してチップに電力を供給してフォトダイオードを排除することです。