A menudo se dice que no hay dos huellas dactilares humanas exactamente iguales. Por esa razón, la policía suele utilizarlas como prueba para vincular a sospechosos con escenas del crimen.
Lo mismo ocurre con los chips de silicio: los procesos de fabricación provocan variaciones microscópicas en los chips que son impredecibles, permanentes y prácticamente imposibles de clonar.
La empresa derivada del MIT Verayo utiliza ahora estas variaciones inclonables para «tomar la huella» de chips de silicio empleados en etiquetas de productos de consumo, que luego pueden escanearse con un dispositivo móvil y autenticarse, con el fin de ayudar a combatir la falsificación en todo el mundo.
Según un informe de las Naciones Unidas de 2013, se falsifica entre el 2 y el 5 por ciento de los bienes objeto de comercio internacional —incluidos productos electrónicos, alimentos y productos farmacéuticos—, lo que cuesta a gobiernos y empresas privadas cientos de miles de millones de dólares al año.
«Se trata de una autenticación de bajo costo mediante “biometría de silicio”», afirma Srini Devadas, profesor Edwin Sibley Webster del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del MIT, y cofundador y científico jefe de Verayo.
La tecnología de Verayo —que ya se utiliza en todo el mundo— se basa en la investigación pionera de Devadas sobre estas variaciones en los chips de silicio, llamadas «funciones físicamente inclonables» (PUF, por sus siglas en inglés), que provocan pequeñas diferencias de velocidad en la respuesta de un chip a las señales eléctricas.
La tecnología de Verayo asigna a los chips fabricados conjuntos de números de 128 bits —basados en estas diferencias de velocidad— que se almacenan en una base de datos en la nube. Integrados en etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID), los chips pueden escanearse con un dispositivo móvil o un lector que consulta la base de datos para determinar si la etiqueta es auténtica. Para cada autenticación se utiliza un número de 128 bits diferente.
Verayo se dirige actualmente al mercado de productos de consumo y el año pasado se asoció con su mayor cliente, Canon Inc., para incorporar sus chips en las etiquetas RFID de cámaras que se venden en toda China. Entre los demás clientes de Verayo hay proveedores de tarjetas de regalo y de fidelización. La tecnología también puede utilizarse para identificar licencias y pasaportes falsos.
La empresa, que ahora realiza estudios piloto con bodegas, también busca entrar en el mercado de los productos consumibles, lo que podría impulsar significativamente las ventas, afirma Devadas. «Se puede fabricar este chip por cinco centavos, pero hay que vender muchos para ganar dinero», dice.
Sin embargo, desde 2013 se han vendido más de 40 millones de chips en todo el mundo, añade Devadas: «Esto es un éxito tanto de comercialización como académico. Por lo que a mí respecta, es fantástico».
Señales en carrera
Las PUF se crean durante la fabricación de chips de silicio, cuando los cables varían en grosor y el proceso de deposición química de vapor —utilizado para producir obleas semiconductoras— genera protuberancias microscópicas. Según estas variaciones, los electrones fluyen con mayor o menor resistencia por distintas rutas del chip, lo que modifica la velocidad de procesamiento.
La tecnología PUF funciona haciendo «correr» señales a través de los chips. Se envían al mismo tiempo por el chip dos señales eléctricas idénticas —derivadas de un «desafío» de entrada— y se les asignan dos rutas diferentes. Las señales compiten por llegar a un biestable que mide cuál de ellas procesó el chip más rápido o más despacio; esto se denomina «respuesta». El resultado es un 1 si una ruta es más rápida y un 0 si lo es la otra. Repetir el proceso con diferentes señales de entrada para cada carrera produce un número de 128 bits, y puede repetirse cientos de veces.
«Entonces, de repente, la probabilidad de obtener la misma resolución de 128 bits en una carrera determinada es minúscula», afirma Devadas.
Cuando se escanea la etiqueta, el lector primero la identifica. Luego presenta al chip un desafío aleatorio entre los muchos almacenados en la base de datos. Si la respuesta tiene 96 bits coincidentes o más, se considera auténtica. Las etiquetas se colocan en los empaques de las cámaras Canon, que los consumidores pueden escanear con teléfonos inteligentes equipados con comunicación de campo cercano.
En 2002, Devadas y otros investigadores del MIT presentaron un artículo pionero sobre la tecnología PUF de silicio en la Conferencia sobre Seguridad Informática y de las Comunicaciones. El artículo acuñó el nombre y describió el primer circuito PUF integrado. En marzo de este año, recibió un premio A. Richard Newton por impacto técnico del Institute of Electrical and Electronics Engineers y la Association for Computing Machinery, «lo que demuestra la vigencia del concepto y la tecnología», afirma Devadas.
En 2004, Devadas y sus estudiantes habían desarrollado unas cuantas decenas de circuitos voluminosos con PUF, y a cada uno le asignaron un nombre humano, como «Harold», «Cameron» y «Dennis». Guardaron las características de velocidad de cada circuito en una base de datos de su computadora; cuando se escaneaba un circuito con un lector especial, su nombre aparecía en la pantalla.
Este proyecto le valió a Devadas una subvención del MIT Deshpande Center for Technological Innovation y varias subvenciones gubernamentales, que ayudaron a Verayo a establecerse en su actual sede de Silicon Valley.
Cómo mantener secretos volátiles
Aunque Verayo se centra en el mercado de consumo, la tecnología tiene otros usos, como generar «claves secretas volátiles» que, según Devadas, solo se revelarían al activarse mediante voltaje.
Como los chips PUF no almacenan esos secretos, explica Devadas, necesitan voltaje para revelar su identificación numérica única, que podría guardarse como claves criptográficas. «Cuando se enciende el chip, se genera este número de 128 bits, pero no existe cuando se apaga», afirma Devadas. «Si no tengo una manera de extraer [la clave], no sabré cuál es».
Esta tecnología ofrece ventajas, afirma Devadas, frente a los dispositivos tradicionales de almacenamiento de datos no volátil, como la memoria flash o los chips de memoria de solo lectura programable y borrable, que conservan datos vulnerables a la piratería incluso cuando están apagados. Estos chips no volátiles siguen siendo difíciles de vulnerar, añade, pero no tanto como los chips con PUF, que deben inspeccionarse internamente cuando están encendidos y se les aplican los desafíos adecuados.
«Toda la criptografía se basa en que algo permanezca en secreto», afirma Devadas. «Las PUF permiten generar esos secretos de una manera físicamente más segura».
Con financiación del Departamento de Defensa, este concepto podría ayudar, por ejemplo, a garantizar que los drones no se conecten a servidores pirateados o que los dispositivos ponibles no compartan datos con servidores no autorizados.
Devadas afirma que el mercado de la tecnología PUF ha crecido significativamente en los últimos años y que ahora otras empresas también están desarrollando soluciones en este ámbito. Pero la competencia no desanima a este pionero de las PUF; de hecho, a Devadas le entusiasma el creciente interés.
«Da la impresión de que el mundo está empezando a reconocerlo», afirma. «Y seguimos aquí: esa es la belleza de todo esto».
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Rob Matheson es colaborador de MIT News.
Imagen: El 9 de enero de 2007 se muestra una oblea de 12 pulgadas en Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), en Xinchu. REUTERS/Richard Chung.
