MIT の小型、改ざん防止 ID タグはテラヘルツ波を使用してあらゆるものを認証します

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MIT で開発された暗号タグは、商品の表面にタグを貼り付ける接着剤に混入された微細な金属粒子の独特のパターンを認識することにより、商品を認証するためにテラヘルツ波を使用します。 (画像:MIT のホセ・ルイス・オリバレス。チップは研究者提供)

数年前、MIT の研究者は、製品の信頼性を検証するために製品に貼り付けられることが多い従来の無線タグ (RFID) よりも数倍小さく、大幅に安価な暗号 ID タグを発明しました。

この小さなタグは、RFID よりもセキュリティが向上しており、電波よりも小さく周波数がはるかに高いテラヘルツ波を利用しています。しかし、このテラヘルツ タグには、従来の RFID と共通の重大なセキュリティ上の脆弱性がありました。偽造者が本物の商品からタグを剥がして、偽物に貼り直す可能性があり、認証システムも同様に賢明ではありません。

研究者らは現在、テラヘルツ波を利用して、小型、安価、安全であるという利点を備えた改ざん防止 ID タグを開発することで、このセキュリティ上の脆弱性を克服しました。

タグを物体に貼り付ける接着剤に微細な金属粒子を混合し、テラヘルツ波を使用して、それらの粒子が商品の表面に形成する独特のパターンを検出します。電気工学およびコンピュータ サイエンス (EECS) の大学院生であり、改ざん防止タグに関する論文の主著者である Eunseok Lee 氏は、指紋と同様に、このランダムな接着パターンが商品の認証に使用されると説明しました。

「これらの金属粒子は本質的にテラヘルツ波の鏡のようなものです。表面に多数の鏡片を敷き、その上に光を当てると、それらの鏡の方向、サイズ、位置に応じて、異なる反射パターンが得られます。しかし、チップを剥がして再度取り付けると、そのパターンが破壊されてしまいます。」と、電子工学研究所でテラヘルツ集積エレクトロニクスグループを率いるEECS准教授のルオナン・ハン氏は述べています。

研究者らは、サイズが約 4 平方ミリメートルの光で駆動する改ざん防止タグを作成しました。また、同様の接着剤パターンの指紋を 99% 以上の精度で識別することで改ざんの検出に役立つ機械学習モデルも実証しました。

テラヘルツタグは製造コストが非常に安いため、大規模なサプライチェーン全体に導入できる可能性がある。また、その小さなサイズにより、特定の医療機器など、従来の RFID では小さすぎるアイテムにもタグを取り付けることができます。

この論文は、ハン氏のグループと、MITの最高イノベーション戦略責任者、MIT工学部学部長、およびEECSのヴァネバー・ブッシュ教授であるアナンサ・P・チャンドラカサン氏のエネルギー効率の良い回路およびシステム・グループとの共同研究によるものである。共著者には、EECS 大学院生の Xibi Chen、Maitryi Ashok、Jaeyeon Won が含まれます。

この研究プロジェクトは、ハンのお気に入りの洗車から部分的にインスピレーションを受けました。業者は彼の洗車会員を認証するために彼のフロントガラスにRFIDタグを貼り付けた。セキュリティを強化するために、タグは壊れやすい紙で作られており、誠実でない顧客がタグを剥がして別のフロントガラスに貼り付けようとすると破壊されてしまいます。

しかし、これは改ざんを防ぐためのあまり信頼できる方法ではありません。たとえば、誰かが溶液を使って接着剤を溶かし、壊れやすいタグを安全に取り除くことができます。

タグを認証するよりも、アイテム自体を認証する方が優れたセキュリティ ソリューションだとハン氏は言います。これを達成するために、研究者らはタグと商品の表面の間の界面にある接着剤をターゲットにしました。

不正行為防止タグには一連の極小スロットが含まれており、これによりテラヘルツ波がタグを通過し、接着剤に混入した微細な金属粒子に当たることが可能になります。

テラヘルツ波は粒子を検出できるほど小さいのですが、これより大きな電波では粒子を検出するのに十分な感度がありません。また、波長 1 ミリメートルのテラヘルツ波を使用することで、研究者らは、より大型のオフチップ アンテナを必要としないチップを作成することができました。

タグを通過して物体の表面に当たると、テラヘルツ波が反射または後方散乱して受信機に到達し、認証が行われます。それらの波がどのように後方散乱されるかは、それらを反射する金属粒子の分布によって異なります。

研究者らはチップ上に複数のスロットを配置し、波が物体表面のさまざまな点に当たるようにして、粒子のランダムな分布に関するより多くの情報を取得できるようにしました。

「接着剤のインターフェースが偽造者によって破壊されない限り、これらの応答を複製することは不可能です」とハン氏は言いました。

ベンダーは、商品に貼られた改ざん防止タグを最初に読み取り、それらのデータをクラウドに保存し、後で検証に使用します。

しかし、改ざん防止タグをテストする段になったとき、Lee は問題に遭遇しました。2 つの接着パターンが一致するかどうかを判断するのに十分な正確な測定を行うのは、非常に難しく、時間がかかりました。

彼は MIT コンピューター サイエンスおよび人工知能研究所 (CSAIL) の友人に連絡を取り、一緒に AI を使用してこの問題に取り組みました。彼らは、接着剤のパターンを比較し、その類似性を 99% 以上の精度で計算できる機械学習モデルをトレーニングしました。

「欠点の 1 つは、このデモンストレーションで使用したデータ サンプルが限られていることです。しかし、これらのタグがサプライ チェーンに多数導入され、より多くのデータ サンプルが得られれば、将来的にニューラル ネットワークを改善できる可能性があります。」と Lee 氏は述べています。

認証システムは、テラヘルツ波が送信中に高レベルの損失を受けるという事実によっても制限されるため、センサーはタグから約 4 センチメートルしか離れていないと正確な読み取りができません。この距離は、バーコード スキャンなどのアプリケーションでは問題になりませんが、高速道路の自動料金所など、一部の潜在的な用途には短すぎます。また、センサーとタグの間の角度は 10 度未満にする必要があります。そうしないと、テラヘルツ信号が過度に劣化します。

彼らは将来の研究でこれらの制限に対処する予定であり、多くの技術的課題にもかかわらず、他の研究者がテラヘルツ波で何が達成できるかについてより楽観的になれるように促したいとハン氏は述べた。

「ここで私たちが本当に示したいことの 1 つは、テラヘルツ スペクトルの応用がブロードバンド ワイヤレスをはるかに超えてできるということです。この場合、ID、セキュリティ、認証にテラヘルツを使用できます。そこには多くの可能性があります。」

と彼は付け加えました。

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