MIT의 작은 변조 방지 ID 태그는 테라헤르츠 파동을 사용하여 모든 것을 인증합니다.

전자 및 센서 내부자

MIT에서 개발된 암호화 태그는 테라헤르츠파를 사용하여 태그를 품목 표면에 붙이는 접착제에 혼합된 미세한 금속 입자의 고유한 패턴을 인식하여 품목을 인증합니다. (이미지:Jose-Luis Olivares, MIT. 연구진의 칩 제공)

몇 년 전, MIT 연구진은 진위 여부를 확인하기 위해 제품에 흔히 부착되는 기존 무선 주파수 태그(RFID)보다 몇 배 더 작고 훨씬 저렴한 암호화 ID 태그를 발명했습니다.

RFID에 비해 향상된 보안을 제공하는 이 작은 태그는 전파보다 더 작고 주파수가 훨씬 높은 테라헤르츠파를 활용합니다. 하지만 이 테라헤르츠 태그는 기존 RFID와 주요 보안 취약점을 공유했습니다. 즉, 위조자가 진짜 품목에서 태그를 떼어내고 이를 가짜 품목에 다시 부착할 수 있으며 인증 시스템은 전혀 현명하지 못할 것입니다.

연구원들은 이제 테라헤르츠파를 활용하여 작고 저렴하며 안전한 이점을 제공하는 변조 방지 ID 태그를 개발함으로써 이러한 보안 취약점을 극복했습니다.

그들은 태그를 물체에 붙이는 접착제에 미세한 금속 입자를 혼합한 다음 테라헤르츠파를 사용하여 해당 입자가 품목 표면에 형성하는 고유한 패턴을 감지합니다. 지문과 유사하게 이 무작위 접착제 패턴은 품목을 인증하는 데 사용된다고 전기 공학 및 컴퓨터 과학(EECS) 대학원생이자 변조 방지 태그에 관한 논문의 주요 저자인 이은석이 설명했습니다.

"이러한 금속 입자는 본질적으로 테라헤르츠파를 위한 거울과 같습니다. 표면에 여러 개의 거울 조각을 펼친 다음 거울의 방향, 크기 및 위치에 따라 빛을 비추면 거울의 방향, 크기 및 위치에 따라 다른 반사 패턴이 나타납니다. 그러나 칩을 떼어냈다가 다시 부착하면 해당 패턴이 파괴됩니다."라고 전자 연구소의 테라헤르츠 통합 전자 그룹을 이끌고 있는 Ruonan Han 부교수는 말했습니다.

연구진은 크기가 약 4제곱밀리미터인 광전력 변조 방지 태그를 제작했습니다. 또한 99% 이상의 정확도로 유사한 접착제 패턴 지문을 식별하여 변조를 감지하는 데 도움이 되는 기계 학습 모델을 시연했습니다.

테라헤르츠 태그는 생산 비용이 매우 저렴하기 때문에 대규모 공급망 전반에 걸쳐 구현될 수 있습니다. 그리고 크기가 작기 때문에 특정 의료 기기와 같이 기존 RFID에 비해 너무 작은 품목에 태그를 부착할 수 있습니다.

이 논문은 Han의 그룹과 MIT의 최고 혁신 및 전략 책임자이자 MIT 공과대학 학장이자 EECS의 Vannever Bush 교수인 Anantha P. Chandrakasan의 에너지 효율적인 회로 및 시스템 그룹 간의 공동 작업입니다. 공동 저자로는 EECS 대학원생인 Xibi Chen, Maitryi Ashok 및 원재연이 있습니다.

이 연구 프로젝트는 Han이 가장 좋아하는 세차장에서 부분적으로 영감을 받았습니다. 회사는 그의 세차 회원임을 인증하기 위해 그의 앞 유리에 RFID 태그를 붙였습니다. 보안을 강화하기 위해 태그는 깨지기 쉬운 종이로 만들어졌으므로 정직하지 못한 고객이 태그를 떼어 다른 유리창에 붙이려고 하면 태그가 파괴될 수 있습니다.

그러나 이는 변조를 방지하는 매우 신뢰할 수 있는 방법은 아닙니다. 예를 들어, 접착제를 녹인 용액을 사용하여 깨지기 쉬운 태그를 안전하게 제거할 수 있습니다.

태그를 인증하는 것보다 더 나은 보안 솔루션은 품목 자체를 인증하는 것이라고 Han은 말합니다. 이를 달성하기 위해 연구원들은 태그와 품목 표면 사이의 경계면에 접착제를 겨냥했습니다.

변조 방지 태그에는 테라헤르츠파가 태그를 통과하여 접착제에 혼합된 미세한 금속 입자를 공격할 수 있는 일련의 작은 슬롯이 포함되어 있습니다.

테라헤르츠파는 입자를 감지할 수 있을 만큼 작은 반면, 더 큰 전파는 입자를 볼 수 있을 만큼 감도가 충분하지 않습니다. 또한 연구원들은 1mm 파장의 테라헤르츠파를 사용하여 더 큰 오프칩 안테나가 필요 없는 칩을 만들 수 있었습니다.

태그를 통과해 물체 표면에 부딪힌 후 테라헤르츠파가 반사되거나 후방 산란되어 인증을 위해 수신기로 전달됩니다. 이러한 파동이 후방 산란되는 방식은 이를 반사하는 금속 입자의 분포에 따라 달라집니다.

연구원들은 칩에 여러 개의 슬롯을 배치하여 파도가 물체 표면의 여러 지점에 부딪힐 수 있도록 하여 입자의 무작위 분포에 대한 더 많은 정보를 포착합니다.

“위조범이 접착제 인터페이스를 파괴하는 한 이러한 응답은 복제가 불가능합니다.”라고 한씨는 말했습니다.

공급업체는 품목에 부착된 변조 방지 태그를 처음 판독한 다음 해당 데이터를 클라우드에 저장하고 나중에 확인에 사용합니다.

그러나 변조 방지 태그를 테스트할 시간이 되었을 때 Lee는 문제에 직면했습니다. 두 개의 접착 패턴이 일치하는지 판단할 만큼 정밀한 측정을 수행하는 것은 매우 어렵고 시간이 많이 걸리는 일이었습니다.

그는 MIT CSAIL(컴퓨터 과학 및 인공 지능 연구소)의 친구에게 연락하여 AI를 사용하여 함께 문제를 해결했습니다. 그들은 접착제 패턴을 비교하고 99% 이상의 정확도로 유사성을 계산할 수 있는 기계 학습 모델을 훈련했습니다.

"한 가지 단점은 이 시연을 위한 데이터 샘플이 제한적이라는 것입니다. 그러나 이러한 태그를 대량으로 공급망에 배포하면 더 많은 데이터 샘플을 제공할 수 있으므로 향후 신경망을 개선할 수 있습니다."라고 Lee는 말했습니다.

인증 시스템은 또한 테라헤르츠파가 전송 중에 높은 수준의 손실을 겪기 때문에 센서가 태그에서 약 4cm만 떨어져 있으면 정확한 판독값을 얻을 수 있다는 사실로 인해 제한됩니다. 이 거리는 바코드 스캐닝과 같은 애플리케이션에서는 문제가 되지 않지만 자동화된 고속도로 요금소와 같은 일부 잠재적인 용도에는 너무 짧습니다. 또한 센서와 태그 사이의 각도가 10도 미만이어야 합니다. 그렇지 않으면 테라헤르츠 신호가 너무 많이 저하됩니다.

그들은 향후 연구에서 이러한 한계를 해결할 계획이며 많은 기술적 어려움에도 불구하고 다른 연구자들이 테라헤르츠 파동으로 무엇을 성취할 수 있는지에 대해 더 낙관적으로 생각하도록 영감을 주기를 희망한다고 Han은 말했습니다.

"여기에서 우리가 정말로 보여주고 싶은 것 중 하나는 테라헤르츠 스펙트럼의 적용이 광대역 무선을 훨씬 뛰어넘을 수 있다는 것입니다. 이 경우 테라헤르츠를 ID, 보안, 인증에 사용할 수 있습니다. 거기에는 많은 가능성이 있습니다."라고 덧붙였습니다.

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