研究人员构建微型身份验证 ID 标签

麻省理工学院 (MIT) 的研究人员发明了一种微型加密 ID 标签，几乎可以安装在任何产品上以验证真实性。这包括集成到更大的硅芯片中。毫米尺寸的ID芯片集成了密码处理器、天线阵列和光电二极管供电。

造假是个大问题。根据 2018 年的一份报告，经济合作与发展组织估计，2020 年全球将售出价值约 2 万亿美元的假冒商品，半导体行业协会预计美国半导体行业的年度损失约为 75 亿美元。

“美国半导体行业每年因假冒芯片而遭受 70 亿至 100 亿美元的损失，”麻省理工学院毕业生兼团队研究员 Muhammad Ibrahim Wasiq Khan 在一份声明中说。 “出于安全目的，我们的芯片可以无缝集成到其他电子芯片中，因此它可能会对行业产生巨大影响。我们每个芯片的成本只有几美分，但这项技术是无价的。”

研究人员表示，新的 ID 标签解决了当今用于身份验证的无线 ID 标签带来的许多挑战，包括尺寸、成本、功耗和安全权衡。引用的例子包括射频识别 (RFID) 标签太大而无法安装在安全措施有限的小型产品上，例如医疗和工业部件、汽车零件或硅芯片。麻省理工学院表示，即使标签提供加密方案，它们也很大且耗电。

毫米尺寸的 ID 芯片集成了密码处理器、天线阵列和用于供电的光伏二极管。 （图片：由 MIT 研究人员提供，由 MIT News 编辑）

麻省理工学院的研究人员将他们的 ID 芯片描述为“一切的标签”，解决了当今无线 ID 和 RFID 标签中的许多挑战。在最近的 IEEE 国际固态电路会议 (ISSCC) 上发表的一篇论文中，研究人员表示，ID 芯片在光伏二极管提供的低功率下运行。

另一个有趣的功能是，ID 芯片可以在远距离传输数据，这要归功于无电源“反向散射”技术，该技术的工作频率“比 RFID 高数百倍”。此外，研究人员表示，该芯片还使用算法优化技术来运行流行的加密方案，该方案使用极低的能量提供安全的通信。

“如果我想跟踪单个螺栓或牙齿植入物或硅芯片的物流，当前的 RFID 标签无法实现这一点，”共同作者，电气工程与计算机系副教授 Ruonan Han 说。微系统技术实验室 (MTL) 太赫兹集成电子组的科学和负责人，在一份声明中。 “我们制造了一种无需封装、电池或其他外部组件的低成本微型芯片，用于存储和传输敏感数据。”

合著者包括研究生 Mohamed I. Ibrahim 和 Muhammad Ibrahim Wasiq Khan；前研究生 Chiraag S. Juvekar；前博士后助理 Wanyeong Jung；前博士后 Rabia Tugce Yazicigil，现任波士顿大学助理教授、麻省理工学院访问学者；和 Anantha P. Chandrakasan，他是麻省理工学院工程学院院长、电气工程和计算机科学的 Vannevar Bush 教授。

该团队希望通过消除包装来创建更好的 RFID 标签，这会增加尺寸和成本；使用大约 100 GHz 和 10 THz 的高太赫兹频率，在更远的阅读器距离上实现天线阵列和无线通信的集成，并添加加密协议。

易卜拉欣说，他们开发了一个“相当大的系统集成”，使研究人员能够将所有东西都封装在一个 1.6 平方毫米的单片硅芯片上。

ID 标签（右）在与较大的 RFID 标签（左）竞争的阅读器距离上发送无线通信，并且可以运行加密算法来帮助保护供应链中的几乎所有产品。 （图片：由麻省理工学院的研究人员提供 )

研究人员表示，ID 芯片集成了一系列小天线，通过标签和阅读器之间的反向散射来回传输数据，其中天线使用信号分离和混合技术来反向散射太赫兹范围内的信号。 “这些信号首先与阅读器连接，然后发送数据进行加密。”

天线阵列还使用波束控制功能，可增加信号强度和范围并减少干扰。研究人员表示，这是反向散射标签中光束控制的首次演示。

ID 芯片使用光电二极管为芯片的处理器供电，该处理器运行芯片的“椭圆曲线加密”(ECC) 方案，该方案结合了私钥和公钥以保持通信的私密性。

波士顿大学助理教授、麻省理工学院访问学者亚齐西吉尔在一份声明中说：“优化密码代码和硬件可以让该方案在节能的小型处理器上运行。

“这总是一种权衡，”她说。 “如果你容忍更高的功率预算和更大的尺寸，你可以包括密码学。但挑战在于在如此小的标签中以低功耗预算实现安全性。”

研究人员接下来的步骤是将电流信号范围扩展到 5 厘米左右，并通过太赫兹信号为芯片供电以消除光电二极管。