A pequena etiqueta de identificação à prova de falsificação do MIT autentica qualquer coisa usando ondas Terahertz

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Uma etiqueta criptográfica desenvolvida no MIT usa ondas terahertz para autenticar itens, reconhecendo o padrão único de partículas microscópicas de metal que são misturadas na cola que cola a etiqueta na superfície do item. (Imagem:Jose-Luis Olivares, MIT. Chip cortesia dos pesquisadores)
Há alguns anos, pesquisadores do MIT inventaram uma etiqueta de identificação criptográfica que é várias vezes menor e significativamente mais barata do que as tradicionais etiquetas de radiofrequência (RFIDs) que são frequentemente afixadas nos produtos para verificar sua autenticidade.

Essa pequena etiqueta, que oferece segurança aprimorada em relação aos RFIDs, utiliza ondas terahertz, que são menores e têm frequências muito mais altas que as ondas de rádio. Mas esta etiqueta terahertz partilhava uma grande vulnerabilidade de segurança com os RFID tradicionais:um falsificador poderia retirar a etiqueta de um artigo genuíno e voltar a anexá-la a um falso, e o sistema de autenticação não saberia.

Os pesquisadores agora superaram essa vulnerabilidade de segurança aproveitando ondas terahertz para desenvolver uma etiqueta de identificação antiadulteração que ainda oferece os benefícios de ser pequena, barata e segura.

Eles misturam partículas microscópicas de metal na cola que cola a etiqueta em um objeto e, em seguida, usam ondas terahertz para detectar o padrão único que essas partículas formam na superfície do item. Semelhante a uma impressão digital, esse padrão de cola aleatório é usado para autenticar o item, explicou Eunseok Lee, estudante de graduação em engenharia elétrica e ciência da computação (EECS) e principal autor de um artigo sobre a etiqueta antiadulteração.

"Essas partículas de metal são essencialmente como espelhos para ondas terahertz. Se eu espalhar um monte de pedaços de espelho em uma superfície e depois iluminar isso, dependendo da orientação, tamanho e localização desses espelhos, eu obteria um padrão refletido diferente. Mas se você retirar o chip e recolocá-lo, você destruirá esse padrão, "disse Ruonan Han, professor associado do EECS, que lidera o Grupo de Eletrônica Integrada Terahertz no Laboratório de Pesquisa de Eletrônica.

Os pesquisadores produziram uma etiqueta antiadulteração alimentada por luz com cerca de 4 milímetros quadrados de tamanho. Eles também demonstraram um modelo de aprendizado de máquina que ajuda a detectar adulterações, identificando impressões digitais com padrões de cola semelhantes com mais de 99% de precisão.

Como a etiqueta terahertz é tão barata de produzir, ela poderia ser implementada em toda uma enorme cadeia de abastecimento. E seu tamanho minúsculo permite que a etiqueta seja anexada a itens muito pequenos para RFIDs tradicionais, como certos dispositivos médicos.

O artigo é uma colaboração entre o grupo de Han e o Grupo de Circuitos e Sistemas com Eficiência Energética de Anantha P. Chandrakasan, diretor de inovação e estratégia do MIT, reitor da Escola de Engenharia do MIT e professor Vannever Bush do EECS. Os coautores incluem os estudantes de pós-graduação do EECS, Xibi Chen, Maitryi Ashok e Jaeyeon Won.

Este projeto de pesquisa foi parcialmente inspirado no lava-jato favorito de Han. A empresa colou uma etiqueta RFID em seu para-brisa para autenticar sua associação ao lava-jato. Para maior segurança, a etiqueta era feita de papel frágil, de modo que seria destruída se um cliente pouco honesto tentasse retirá-la e colá-la em um para-brisa diferente.

Mas essa não é uma maneira muito confiável de evitar adulterações. Por exemplo, alguém poderia usar uma solução para dissolver a cola e remover com segurança a etiqueta frágil.

Em vez de autenticar a etiqueta, uma solução de segurança melhor é autenticar o próprio item, diz Han. Para conseguir isso, os pesquisadores direcionaram a cola para a interface entre a etiqueta e a superfície do item.

Sua etiqueta antiadulteração contém uma série de fendas minúsculas que permitem que ondas terahertz passem pela etiqueta e atinjam partículas microscópicas de metal que foram misturadas à cola.

As ondas Terahertz são pequenas o suficiente para detectar as partículas, enquanto as ondas de rádio maiores não teriam sensibilidade suficiente para vê-las. Além disso, o uso de ondas terahertz com comprimento de onda de um milímetro permitiu aos pesquisadores fabricar um chip que não precisa de uma antena maior fora do chip.

Depois de passar pela etiqueta e atingir a superfície do objeto, as ondas terahertz são refletidas, ou retroespalhadas, para um receptor para autenticação. A forma como essas ondas são retroespalhadas depende da distribuição das partículas metálicas que as refletem.

Os pesquisadores colocaram vários slots no chip para que as ondas possam atingir diferentes pontos da superfície do objeto, capturando mais informações sobre a distribuição aleatória das partículas.

“Essas respostas são impossíveis de duplicar, desde que a interface da cola seja destruída por um falsificador”, disse Han.

Um fornecedor faria uma leitura inicial da etiqueta antiadulteração assim que ela fosse colada em um item e, em seguida, armazenaria esses dados na nuvem, usando-os posteriormente para verificação.

Mas quando chegou a hora de testar a etiqueta antiadulteração, Lee se deparou com um problema:era muito difícil e demorado fazer medições precisas o suficiente para determinar se dois padrões de cola correspondiam.

Ele procurou um amigo do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial do MIT (CSAIL) e juntos resolveram o problema usando IA. Eles treinaram um modelo de aprendizado de máquina que poderia comparar padrões de cola e calcular sua similaridade com mais de 99% de precisão.

“Uma desvantagem é que tínhamos uma amostra de dados limitada para esta demonstração, mas poderíamos melhorar a rede neural no futuro se um grande número dessas tags fosse implantado em uma cadeia de suprimentos, o que nos daria muito mais amostras de dados”, disse Lee.

O sistema de autenticação também é limitado pelo fato de que as ondas terahertz sofrem com altos níveis de perda durante a transmissão, de modo que o sensor só pode estar a cerca de quatro centímetros da etiqueta para obter uma leitura precisa. Essa distância não seria um problema para uma aplicação como a leitura de códigos de barras, mas seria muito curta para alguns usos potenciais, como em um pedágio automatizado em rodovias. Além disso, o ângulo entre o sensor e a etiqueta precisa ser inferior a 10 graus ou o sinal terahertz será muito degradado.

Eles planejam abordar essas limitações em trabalhos futuros e esperam inspirar outros pesquisadores a serem mais otimistas sobre o que pode ser conseguido com as ondas terahertz, apesar dos muitos desafios técnicos, disse Han.

"Uma coisa que realmente queremos mostrar aqui é que a aplicação do espectro terahertz pode ir muito além da banda larga sem fio. Nesse caso, você pode usar terahertz para identificação, segurança e autenticação. Existem muitas possibilidades por aí", acrescentou.

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