【尺寸僅 1.6 平方毫米】MIT 開發「ID 標籤晶片」,試圖消滅全球 2 兆美元的盜版商品

MIT 開發的驗證晶片。圖片來源:MIT News

對製造商和消費者來說,盜版是件很頭痛的事情,不但降低製造商利潤,也讓消費者買到品質差的商品。根據經濟合作暨發展組織(Organisation for Economic Co-operation and Development)在 2018 年出具的報告,2020 年,全球將有價值高達 2 兆美元(約新台幣 60 兆元)的盜版商品流通,對製造商的獲利與消費者的權益極為不利。

為了遏止盜版商品,製造商、貨運公司、海關、零售商等單位也卯盡全力,採用無線 ID 標籤技術(例如 RFID)檢核貨物。然而這些標籤有體積大、成本高、耗能等缺點,無法用在藥品、半導體晶片等小型貨物上。

近期 MIT 開發一款只有 1.6 平方毫米大小的 ID 標籤晶片,能安裝在小型貨物上,有望解決檢核痛點。19 日,MIT 在 IEEE 國際固態電路會議(IEEE International Solid-State Circuits Conference, ISSCC)上發表該論文。

MIT 打造僅 1.6 平方毫米的 ID 標籤晶片,照光即可驅動處理器

目前用於檢核貨物的 ID 標籤有成本、體積、耗電量、安全性難以兼顧的問題。以 RFID 標籤為例,它的成本很低,但是體積大、安全性差,無法用在藥品、晶片等小體積、高價值貨物。若要提升標籤的安全性,就需要有加密功能,然而標籤的成本、體積與耗電量也會因此提升。

起初,MIT 研究團隊從 RFID 的概念出發,對 ID 標籤進行優化。他們捨棄包材(packaging),降低標籤的體積與製造成本;此外,他們將通訊頻率設在 100 GHz 到 10 THz 間,建立天線陣列以提升傳訊距離;最後,他們對 ID 標籤設立加密協議,讓各方的讀取器都可以驗證標籤資訊。他們將這些特性整合,打造出僅有 1.6 平方毫米尺寸的 ID 標籤晶片。

晶片尺寸僅 1.6 平方毫米,跟芝麻一樣大。圖片來源:MIT News

這款晶片上有天線陣列,負責接收讀取器的訊號並傳輸給標籤,再將標籤處理過的資訊回傳給接收器。這過程稱為背向散射(backscatter),是 RFID 使用的傳訊技術:標籤接收讀取器的訊號,再將資訊反送回去。而 MIT 研發的晶片會將訊號分拆(split)、混合(mix),並送出加密後的資料。天線陣列能將訊號集中,不僅能增加訊號強度,降低干擾,還能拉長訊號傳輸的距離。

而天線陣列的下方有洞,目的是讓光線通過,照到下方的光電二極體(photodiodes)。光電二極體受光照射後,會產生約 1 V 的電壓,驅動晶片的處理器。處理器驅動後,就會運作 ECC(elliptic-curve-cryptography)加密程式。ECC 包含私鑰和公鑰,能夠產生加密後的資訊;此外,ECC 也能夠識別讀取器的訊號,若讀取器的訊號與公、私鑰不合,晶片就能將錯誤的讀取器辨識出來,提升資安保障。

MIT 晶片能驗證小型高價值貨物,打擊盜版

參與研究的教授 Ruonan Han 表示,「我們研究團隊將此晶片稱為『tag of everything』;既然被稱為 everything,那它就應該要有驗證所有貨物的能力,」Han 舉例解釋,「機械上的小零件,例如螺栓、齒輪、半導體晶片都無法使用現有的 RFID 驗證,因此我們開發低成本、小型、不需要電池的晶片,去驗證這些貨物。」

目前 ID 標籤晶片的訊號傳輸距離為 5 公分,是可以使用攜帶式掃描器驗證的距離。研究團隊的下個目標,是提升訊號的傳輸距離,加快驗證速度。參與研究的成員 Ibrahim 表示,希望未來可以將貨物放到一個空間,只要一個讀取器就可以一次驗證全部的貨物。此外,團隊也在研究從讀取器訊號獲取能量的方式,希望拿掉光電二極體。

研究團隊成員 Wasiq Khan 表示,美國半導體產業每年因為盜版而損失 70 到 100 億美金(約新台幣 2100 億到 3000 億元),因此 ID 標籤晶片很適合採用驗證晶片,它的成本只需要幾美分(不超過 30 元台幣),卻能夠保護高端的智慧財產權。

若這款晶片商用,將能夠提升打擊盜版的能力,保護製造商的智慧財產、利潤與消費者的權益。

參考資料來源:
1.《MIT News》:〈Cryptographic “tag of everything” could protect the supply chain
(本文提供合作夥伴轉載。圖片來源:MIT News

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