La minuscule étiquette ID inviolable du MIT authentifie tout par ondes térahertz

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Une étiquette cryptographique développée au MIT utilise les ondes térahertz pour authentifier des articles en reconnaissant le motif unique de particules métalliques microscopiques mélangées dans la colle qui fixe l'étiquette à la surface de l'article. (Image : Jose-Luis Olivares, MIT. Puce courtoisie des chercheurs)

Antécédents : étiquette térahertz plus petite et moins chère que RFID

Il y a quelques années, des chercheurs du MIT ont inventé une étiquette ID cryptographique plusieurs fois plus petite et significativement moins chère que les étiquettes radiofréquence traditionnelles (RFID) souvent apposées sur les produits pour vérifier leur authenticité.

Cette minuscule étiquette, offrant une sécurité améliorée sur les RFID, utilise les ondes térahertz, plus petites et à fréquences bien plus hautes que les ondes radio. Mais cette étiquette térahertz partageait une vulnérabilité majeure avec les RFID traditionnelles : un contrefacteur pouvait décoller l'étiquette d'un article authentique et la recoller sur un faux, et le système d'authentification n'y verrait que du feu.

Solution : authentification par motif de colle unique

Les chercheurs ont maintenant surmonté cette vulnérabilité en exploitant les ondes térahertz pour développer une étiquette ID anti-contrefaçon offrant toujours les avantages d'être minuscule, bon marché et sûre.

Ils mélangent des particules métalliques microscopiques dans la colle qui fixe l'étiquette à un objet, puis utilisent les ondes térahertz pour détecter le motif unique que ces particules forment sur la surface de l'article. Tel une empreinte digitale, ce motif de colle aléatoire sert à authentifier l'article, explique Eunseok Lee, doctorant en génie électrique et informatique (EECS) et auteur principal d'un article sur l'étiquette anti-contrefaçon.

« Ces particules métalliques sont essentiellement comme des miroirs pour les ondes térahertz. Si je disperse un tas de morceaux de miroirs sur une surface et y fais briller de la lumière, selon l'orientation, la taille et l'emplacement de ces miroirs, j'obtiendrai un motif réfléchi différent. Mais si vous décollez la puce et la recolle, vous détruisez ce motif », dit Ruonan Han, professeur associé en EECS, qui dirige le groupe Terahertz Integrated Electronics au Research Laboratory of Electronics.

Étiquette alimentée par lumière, 4 mm², détection IA >99%

Les chercheurs ont produit une étiquette anti-contrefaçon alimentée par lumière d'environ 4 mm². Ils ont aussi démontré un modèle d'apprentissage automatique aidant à détecter la contrefaçon en identifiant des empreintes de motif de colle similaires avec plus de 99 % de précision.

Comme l'étiquette térahertz est si peu coûteuse à produire, elle pourrait être implémentée dans une chaîne d'approvisionnement massive. Sa taille minuscule permet de l'attacher à des articles trop petits pour les RFID traditionnels, comme certains dispositifs médicaux.

Collaboration et inspiration

L'article est une collaboration entre le groupe de Han et le groupe Energy-Efficient Circuits and Systems d'Anantha P. Chandrakasan, directeur de l'innovation et stratégie du MIT, doyen de l'École d'ingénierie, professeur Vannevar Bush d'EECS. Co-auteurs : doctorants EECS Xibi Chen, Maitryi Ashok, Jaeyeon Won.

Ce projet fut partiellement inspiré par le lavage auto préféré de Han. L'entreprise collait une étiquette RFID sur son pare-brise pour authentifier son adhésion. Pour plus de sécurité, l'étiquette était en papier fragile pour être détruite si un client malhonnête tentait de la décoller et la coller sur un autre pare-brise. Mais ce n'est pas fiable : on peut dissoudre la colle et retirer l'étiquette fragile sans dommage.

Plutôt qu'authentifier l'étiquette, une meilleure solution est d'authentifier l'article lui-même, dit Han. Pour cela, les chercheurs ont ciblé la colle à l'interface entre l'étiquette et la surface de l'article.

Fonctionnement technique

Leur étiquette anti-contrefaçon contient une série de minuscules fentes permettant aux ondes térahertz de traverser l'étiquette et frapper les particules métalliques microscopiques mélangées dans la colle.

Les ondes térahertz sont assez petites pour détecter les particules, alors que les ondes radio plus grandes n'auraient pas la sensibilité pour les voir. Aussi, utiliser des ondes térahertz à longueur d'onde d'un millimètre a permis de faire une puce n'ayant pas besoin d'antenne hors-puce plus grande.

Après avoir traversé l'étiquette et frappé la surface de l'objet, les ondes térahertz sont réfléchies (rétrodiffusées) vers un récepteur pour authentification. Comment ces ondes sont rétrodiffusées dépend de la distribution des particules métalliques qui les réfléchissent.

Les chercheurs ont mis plusieurs fentes sur la puce pour que les ondes frappent différents points de la surface, capturant plus d'informations sur la distribution aléatoire des particules.

« Ces réponses sont impossibles à dupliquer, tant que l'interface de colle est détruite par un contrefacteur », dit Han.

Un vendeur ferait une lecture initiale de l'étiquette anti-contrefaçon une fois collée sur un article, puis stockerait ces données dans le cloud pour vérification ultérieure.

Défi de mesure résolu par IA

Mais au moment de tester l'étiquette, Lee a rencontré un problème : il était très difficile et chronophage de prendre des mesures assez précises pour déterminer si deux motifs de colle correspondent.

Il a contacté un ami au MIT CSAIL et ensemble ils ont résolu le problème par IA. Ils ont entraîné un modèle d'apprentissage automatique comparant les motifs de colle et calculant leur similarité avec plus de 99 % de précision.

« Un inconvénient est que nous avions un échantillon de données limité pour cette démo, mais nous pourrions améliorer le réseau neuronal futur si un grand nombre de ces étiquettes étaient déployées dans une chaîne d'approvisionnement, nous donnant beaucoup plus d'échantillons », dit Lee.

Limitations actuelles et travaux futurs

Le système d'authentification est aussi limité par le fait que les ondes térahertz subissent de fortes pertes en transmission, donc le capteur ne peut être qu'à ~4 cm de l'étiquette pour une lecture précise. Cette distance ne pose pas problème pour scan de code-barres, mais serait trop courte pour certains usages potentiels, comme péage autoroutier automatisé. L'angle entre capteur et étiquette doit être <10° sinon le signal térahertz se dégrade trop.

Ils prévoient d'adresser ces limites dans de futurs travaux et espèrent inspirer d'autres chercheurs à être plus optimistes sur ce qui peut être accompli avec les ondes térahertz, malgré les nombreux défis techniques, dit Han.

« Une chose que nous voulons vraiment montrer ici est que l'application du spectre térahertz peut aller bien au-delà du sans-fil large bande. Ici, vous pouvez utiliser le térahertz pour ID, sécurité, authentification. Il y a beaucoup de possibilités. »

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