La pequeña etiqueta de identificación a prueba de manipulaciones del MIT autentica cualquier cosa mediante ondas de terahercios

Electrónica y sensores INSIDER

Una etiqueta criptográfica desarrollada en el MIT utiliza ondas de terahercios para autenticar artículos mediante el reconocimiento del patrón único de partículas metálicas microscópicas que se mezclan con el pegamento que pega la etiqueta a la superficie del artículo. (Imagen:Jose-Luis Olivares, MIT. Chip cortesía de los investigadores)

Hace unos años, los investigadores del MIT inventaron una etiqueta de identificación criptográfica que es varias veces más pequeña y significativamente más barata que las tradicionales etiquetas de radiofrecuencia (RFID) que a menudo se colocan en los productos para verificar su autenticidad.

Esta pequeña etiqueta, que ofrece mayor seguridad que las RFID, utiliza ondas de terahercios, que son más pequeñas y tienen frecuencias mucho más altas que las ondas de radio. Pero esta etiqueta de terahercios compartía una vulnerabilidad de seguridad importante con los RFID tradicionales:un falsificador podría quitar la etiqueta de un artículo genuino y volver a colocarla en uno falso, y el sistema de autenticación no se daría cuenta.

Los investigadores ahora han superado esta vulnerabilidad de seguridad aprovechando las ondas de terahercios para desarrollar una etiqueta de identificación antimanipulación que aún ofrece los beneficios de ser pequeña, barata y segura.

Mezclan partículas metálicas microscópicas con el pegamento que pega la etiqueta a un objeto y luego usan ondas de terahercios para detectar el patrón único que esas partículas forman en la superficie del artículo. Similar a una huella digital, este patrón de pegamento aleatorio se utiliza para autenticar el artículo, explicó Eunseok Lee, estudiante graduado en ingeniería eléctrica e informática (EECS) y autor principal de un artículo sobre la etiqueta antimanipulación.

"Estas partículas metálicas son esencialmente como espejos para ondas de terahercios. Si extiendo un montón de piezas de espejo sobre una superficie y luego hago brillar luz sobre ellas, dependiendo de la orientación, el tamaño y la ubicación de esos espejos, obtendría un patrón reflejado diferente. Pero si quitas el chip y lo vuelves a colocar, destruyes ese patrón", dijo Ruonan Han, profesor asociado en EECS, que dirige el Grupo de Electrónica Integrada de Terahercios en el Laboratorio de Investigación de Electrónica.

Los investigadores produjeron una etiqueta antimanipulación que funciona con luz y tiene un tamaño de aproximadamente 4 milímetros cuadrados. También demostraron un modelo de aprendizaje automático que ayuda a detectar manipulaciones mediante la identificación de huellas dactilares de patrones de pegamento similares con más del 99 por ciento de precisión.

Como la etiqueta de terahercios es tan barata de producir, podría implementarse en toda una cadena de suministro masiva. Y su pequeño tamaño permite que la etiqueta se adhiera a artículos demasiado pequeños para los RFID tradicionales, como ciertos dispositivos médicos.

El artículo es una colaboración entre el grupo de Han y el Grupo de Circuitos y Sistemas Energéticamente Eficientes de Anantha P. Chandrakasan, directora de estrategia e innovación del MIT, decana de la Escuela de Ingeniería del MIT y profesora Vannever Bush de EECS. Los coautores incluyen a los estudiantes graduados de EECS Xibi Chen, Maitryi Ashok y Jaeyeon Won.

Este proyecto de investigación se inspiró en parte en el túnel de lavado favorito de Han. La empresa colocó una etiqueta RFID en su parabrisas para autenticar su membresía en el lavado de autos. Para mayor seguridad, la etiqueta estaba hecha de papel frágil para que pudiera destruirse si un cliente poco honesto intentara quitarla y pegarla en un parabrisas diferente.

Pero esa no es una forma muy fiable de evitar la manipulación. Por ejemplo, alguien podría utilizar una solución para disolver el pegamento y quitar de forma segura la frágil etiqueta.

En lugar de autenticar la etiqueta, una mejor solución de seguridad es autenticar el artículo en sí, afirma Han. Para lograr esto, los investigadores dirigieron el pegamento a la interfaz entre la etiqueta y la superficie del artículo.

Su etiqueta antimanipulación contiene una serie de ranuras minúsculas que permiten que ondas de terahercios pasen a través de la etiqueta y golpeen partículas metálicas microscópicas que se han mezclado con el pegamento.

Las ondas de terahercios son lo suficientemente pequeñas como para detectar partículas, mientras que las ondas de radio más grandes no tendrían suficiente sensibilidad para verlas. Además, el uso de ondas de terahercios con una longitud de onda de un milímetro permitió a los investigadores crear un chip que no necesita una antena más grande fuera del chip.

Después de atravesar la etiqueta y golpear la superficie del objeto, las ondas de terahercios se reflejan o se retrodispersan hacia un receptor para su autenticación. La forma en que esas ondas se retrodispersan depende de la distribución de las partículas metálicas que las reflejan.

Los investigadores colocaron múltiples ranuras en el chip para que las ondas puedan incidir en diferentes puntos de la superficie del objeto, capturando más información sobre la distribución aleatoria de las partículas.

"Estas respuestas son imposibles de duplicar, siempre y cuando un falsificador destruya la interfaz del pegamento", afirmó Han.

Un proveedor realizaría una lectura inicial de la etiqueta antimanipulación una vez pegada a un artículo y luego almacenaría esos datos en la nube, usándolos más tarde para verificación.

Pero cuando llegó el momento de probar la etiqueta antimanipulación, Lee se encontró con un problema:era muy difícil y requería mucho tiempo tomar medidas lo suficientemente precisas para determinar si dos patrones de pegamento coincidían.

Se puso en contacto con un amigo del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT y juntos abordaron el problema utilizando IA. Entrenaron un modelo de aprendizaje automático que podía comparar patrones de pegamento y calcular su similitud con más del 99 por ciento de precisión.

"Un inconveniente es que teníamos una muestra de datos limitada para esta demostración, pero podríamos mejorar la red neuronal en el futuro si se implementara una gran cantidad de estas etiquetas en una cadena de suministro, lo que nos daría muchas más muestras de datos", afirmó Lee.

El sistema de autenticación también está limitado por el hecho de que las ondas de terahercios sufren altos niveles de pérdida durante la transmisión, por lo que el sensor sólo puede estar a unos cuatro centímetros de la etiqueta para obtener una lectura precisa. Esta distancia no sería un problema para una aplicación como el escaneo de códigos de barras, pero sería demasiado corta para algunos usos potenciales, como en una cabina de peaje automatizada en una autopista. Además, el ángulo entre el sensor y la etiqueta debe ser inferior a 10 grados o la señal de terahercios se degradará demasiado.

Planean abordar estas limitaciones en trabajos futuros y esperan inspirar a otros investigadores a ser más optimistas sobre lo que se puede lograr con ondas de terahercios, a pesar de los muchos desafíos técnicos, dijo Han.

"Una cosa que realmente queremos mostrar aquí es que la aplicación del espectro de terahercios puede ir mucho más allá de la banda ancha inalámbrica. En este caso, se pueden utilizar terahercios para identificación, seguridad y autenticación. Existen muchas posibilidades", añadió.

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