Para combatir la falsificación en la cadena de suministro, que puede costar a las empresas miles de millones de dólares al año, investigadores del MIT han inventado una etiqueta de identificación criptográfica lo bastante pequeña como para colocarse en prácticamente cualquier producto y verificar su autenticidad.
Un informe de 2018 de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos estima que en 2020 se venderán en todo el mundo bienes falsificados por valor de unos 2 billones de dólares. Es una mala noticia para los consumidores y las empresas que encargan piezas a distintas fuentes de todo el mundo para fabricar productos.
Los falsificadores suelen utilizar rutas complejas que incluyen numerosos puntos de control, lo que dificulta verificar su origen y autenticidad. En consecuencia, las empresas pueden acabar con piezas imitadas. Las etiquetas de identificación inalámbricas son cada vez más populares para autenticar activos a medida que cambian de manos en cada punto de control. Sin embargo, estas etiquetas presentan distintas compensaciones en cuanto a tamaño, coste, energía y seguridad que limitan su potencial.
Por ejemplo, las populares etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID) son demasiado grandes para caber en objetos diminutos, como componentes médicos e industriales, piezas de automoción o chips de silicio. Además, las etiquetas RFID no cuentan con medidas de seguridad sólidas. Algunas se fabrican con esquemas de cifrado para protegerse contra la clonación y repeler a los piratas informáticos, pero son grandes y consumen mucha energía. Reducir su tamaño implica renunciar tanto al encapsulado de antena —que permite la comunicación por radiofrecuencia— como a la capacidad de ejecutar un cifrado robusto.
En un artículo presentado ayer en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido del IEEE (ISSCC), los investigadores describen un chip de identificación que supera todas esas compensaciones. Tiene un tamaño milimétrico y funciona con niveles de energía relativamente bajos suministrados por diodos fotovoltaicos. Además, transmite datos a largas distancias mediante una técnica de «retrodispersión» sin consumo de energía que opera a una frecuencia cientos de veces superior a la de las RFID. Asimismo, las técnicas de optimización de algoritmos permiten que el chip ejecute un popular esquema criptográfico que garantiza comunicaciones seguras con una energía extremadamente baja.
«La llamamos la “etiqueta de todo”. Y “todo” debe significar realmente todo», afirma el coautor Ruonan Han, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática y responsable del Grupo de Electrónica Integrada de Terahercios de los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas (MTL). «Si quiero hacer el seguimiento logístico de, por ejemplo, un único tornillo, un implante dental o un chip de silicio, las etiquetas RFID actuales no lo permiten. Hemos desarrollado un chip diminuto y de bajo coste, sin encapsulado, baterías ni otros componentes externos, que almacena y transmite datos sensibles».
Junto a Han, en el artículo participan: los estudiantes de posgrado Mohamed I. Ibrahim y Muhammad Ibrahim Wasiq Khan; el antiguo estudiante de posgrado Chiraag S. Juvekar; el antiguo becario posdoctoral asociado Wanyeong Jung; la antigua becaria posdoctoral Rabia Tugce Yazicigil, actualmente profesora adjunta en la Universidad de Boston y académica visitante en el MIT; y Anantha P. Chandrakasan, decano de la Escuela de Ingeniería del MIT y catedrático Vannevar Bush de Ingeniería Eléctrica e Informática.
Integración de sistemas
El trabajo surgió como un medio para crear mejores etiquetas RFID. El equipo quería prescindir del encapsulado, que vuelve las etiquetas voluminosas y encarece la fabricación. También buscaban una comunicación en la frecuencia de terahercios altos, situada entre la radiación de microondas y la infrarroja —alrededor de 100 gigahercios y 10 terahercios—, que permite integrar en el chip una matriz de antenas y establecer comunicaciones inalámbricas a mayores distancias del lector. Por último, querían protocolos criptográficos porque cualquier lector puede escanear las etiquetas RFID y transmitir sus datos sin discriminación.
Sin embargo, incluir todas esas funciones normalmente requeriría construir un chip bastante grande. En su lugar, los investigadores idearon «una integración de sistemas bastante ambiciosa», afirma Ibrahim, lo que permitió reunir todo en un chip de silicio monolítico —es decir, no en capas— de apenas unos 1,6 milímetros cuadrados.
Una innovación es una matriz de pequeñas antenas que transmiten datos de ida y vuelta mediante retrodispersión entre la etiqueta y el lector. La retrodispersión, de uso común en las tecnologías RFID, se produce cuando una etiqueta refleja una señal de entrada hacia el lector con ligeras modulaciones que corresponden a los datos transmitidos. En el sistema de los investigadores, las antenas emplean algunas técnicas de división y mezcla de señales para retrodispersar señales en el rango de los terahercios. Esas señales primero se conectan con el lector y después envían datos para su cifrado.
La matriz de antenas incorpora una función de «conformación de haz», mediante la cual las antenas enfocan las señales hacia un lector, lo que las hace más eficientes, aumenta la intensidad y el alcance de la señal y reduce las interferencias. Según los investigadores, es la primera demostración de conformación de haz mediante una etiqueta de retrodispersión.
Pequeños orificios en las antenas permiten que la luz del lector atraviese y llegue a los fotodiodos situados debajo, que convierten la luz en unos 1 voltio de electricidad. Esto alimenta el procesador del chip, que ejecuta el esquema de «criptografía de curva elíptica» (ECC) del chip. ECC utiliza una combinación de claves privadas (conocidas solo por el usuario) y claves públicas (difundidas ampliamente) para mantener privadas las comunicaciones. En el sistema de los investigadores, la etiqueta utiliza una clave privada y la clave pública de un lector para identificarse únicamente ante lectores válidos. Esto significa que cualquier espía que no posea la clave privada del lector no debería poder identificar qué etiqueta forma parte del protocolo con solo monitorizar el enlace inalámbrico.
Optimizar el código y el hardware criptográficos permite que el esquema se ejecute en un procesador pequeño y de eficiencia energética, explica Yazicigil. «Siempre es una compensación», afirma. «Si se tolera un presupuesto de energía mayor y un tamaño más grande, se puede incluir criptografía. Pero el reto es garantizar la seguridad en una etiqueta tan pequeña con un presupuesto de energía bajo».
Superando los límites
Actualmente, el alcance de la señal ronda los 5 centímetros, lo que se considera un alcance de campo lejano y permite un uso cómodo de un escáner portátil de etiquetas. A continuación, los investigadores esperan «superar los límites» del alcance aún más, afirma Ibrahim. Con el tiempo, les gustaría que muchas de las etiquetas enviaran señales a un único lector situado a gran distancia, por ejemplo, en una sala de recepción de un punto de control de la cadena de suministro. De este modo, muchos activos podrían verificarse con rapidez.
«Creemos que podemos tener un lector como centro neurálgico que no tenga que estar cerca de la etiqueta, y que todos estos chips puedan orientar sus señales para comunicarse con ese único lector», afirma Ibrahim.
Los investigadores también esperan alimentar completamente el chip mediante las propias señales de terahercios, eliminando la necesidad de fotodiodos.
Los chips son tan pequeños, fáciles de fabricar y económicos que también pueden incrustarse en chips de silicio para ordenadores de mayor tamaño, que son objetivos especialmente populares de la falsificación.
«La industria estadounidense de semiconductores sufre pérdidas anuales de entre 7.000 y 10.000 millones de dólares por chips falsificados», afirma Wasiq Khan. «Nuestro chip puede integrarse sin fisuras en otros chips electrónicos con fines de seguridad, por lo que podría tener un gran impacto en la industria. Nuestros chips cuestan unos pocos centavos cada uno, pero la tecnología no tiene precio», bromeó.
