麻省理工学院的微型防篡改 ID 标签可使用太赫兹波对任何事物进行身份验证

电子与传感器内幕

麻省理工学院开发的加密标签使用太赫兹波，通过识别混合到将标签粘贴到物品表面的胶水中的微观金属颗粒的独特模式来验证物品。 （图片：Jose-Luis Olivares，麻省理工学院。芯片由研究人员提供）

几年前，麻省理工学院的研究人员发明了一种加密 ID 标签，它比通常贴在产品上以验证其真实性的传统射频标签 (RFID) 小几倍，而且便宜得多。

这种微型标签比 RFID 具有更高的安全性，它利用太赫兹波，太赫兹波比无线电波更小，频率更高。但这种太赫兹标签与传统 RFID 一样存在一个重大安全漏洞：造假者可以将标签从正品上剥离下来，然后重新贴在假货上，而身份验证系统却一无所获。

研究人员现已克服了这一安全漏洞，利用太赫兹波开发了一种防篡改 ID 标签，该标签仍然具有体积小、价格便宜和安全的优点。

他们将微小的金属颗粒混合到将标签粘贴到物体上的胶水中，然后使用太赫兹波来检测这些颗粒在物体表面形成的独特图案。电气工程和计算机科学 (EECS) 研究生、防篡改标签论文的主要作者 Eunseok Lee 解释道，类似于指纹，这种随机胶水图案用于验证物品的身份。

“这些金属颗粒本质上就像太赫兹波的镜子。如果我将一堆镜子片铺在一个表面上，然后在其上照射光线，根据这些镜子的方向、大小和位置，我会得到不同的反射图案。但如果你将芯片剥离并重新连接起来，你就会破坏这种图案，”电子研究实验室太赫兹集成电子小组负责人、EECS 副教授 Ruonan Han 说。

研究人员制作了一种光动力防篡改标签，尺寸约为4平方毫米。他们还演示了一种机器学习模型，该模型可以通过识别类似的胶水图案指纹来帮助检测篡改，准确率超过 99%。

由于太赫兹标签的生产成本非常低廉，因此可以在整个庞大的供应链中实施。而且其微小的尺寸使标签能够附着在对于传统 RFID 来说太小的物品上，例如某些医疗设备。

这篇论文是 Han 的团队与麻省理工学院首席创新和战略官、麻省理工学院工程学院院长、EECS 教授 Anantha P. Chandrakasan 的节能电路和系统小组合作完成的。合著者包括 EECS 研究生 Xibi Chen、Maitryi Ashok 和 Jaeyeon Won。

这个研究项目的部分灵感来自于韩最喜欢的洗车场。该公司将 RFID 标签贴在他的挡风玻璃上，以验证他的洗车会员资格。为了增加安全性，该标签由易碎纸制成，因此如果不诚实的顾客试图将其剥离并将其粘贴到不同的挡风玻璃上，标签就会被破坏。

但这并不是一种非常可靠的防止篡改的方法。例如，有人可以使用溶液溶解胶水并安全地去除易碎标签。

韩说，更好的安全解决方案是验证物品本身，而不是验证标签。为了实现这一目标，研究人员将胶水定位在标签和物品表面之间的界面上。

他们的防篡改标签包含一系列微小的槽，使太赫兹波能够穿过标签并撞击混合到胶水中的微小金属颗粒。

太赫兹波足够小，足以探测到这些粒子，而较大的无线电波则没有足够的灵敏度来观察它们。此外，使用波长为一毫米的太赫兹波使研究人员能够制造出不需要更大的片外天线的芯片。

穿过标签并撞击物体表面后，太赫兹波被反射或反向散射到接收器进行身份验证。这些波如何反向散射取决于反射它们的金属颗粒的分布。

研究人员在芯片上放置了多个槽，这样波就可以撞击物体表面的不同点，捕获有关粒子随机分布的更多信息。

“只要胶水界面被造假者破坏，这些反应就不可能复制，”韩说。

一旦防篡改标签粘贴到物品上，供应商就会对其进行初步读取，然后将这些数据存储在云中，以便稍后使用它们进行验证。

但在测试防篡改标签时，Lee 遇到了一个问题：进行足够精确的测量来确定两个胶水图案是否匹配非常困难且耗时。

他联系了麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）的一位朋友，他们一起使用人工智能解决了这个问题。他们训练了一个机器学习模型，可以比较粘合模式并计算其相似度，准确率超过 99%。

“一个缺点是我们用于演示的数据样本有限，但如果在供应链中部署大量这些标签，我们可以在未来改进神经网络，从而为我们提供更多的数据样本，”Lee 说。

该认证系统还受到太赫兹波在传输过程中遭受高水平损耗的限制，因此传感器只能距离标签约四厘米才能获得准确的读数。这个距离对于条形码扫描等应用来说不是问题，但对于某些潜在用途（例如自动高速公路收费站）来说就太短了。另外，传感器和标签之间的角度需要小于10度，否则太赫兹信号会衰减太多。

韩说，他们计划在未来的工作中解决这些限制，并希望激励其他研究人员对太赫兹波可以实现的目标更加乐观，尽管存在许多技术挑战。

“我们真正想在这里展示的一件事是，太赫兹频谱的应用可以远远超出宽带无线。在这种情况下，你可以使用太赫兹进行身份识别、安全和身份验证。那里有很多可能性。”他补充道。

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