پایان دوران محصولات تقلبی؛ ابداع «اثر انگشت مصنوعی» که با نور احراز هویت می‌شود!

به گزارش هفت صبح اگرچه کپی‌برداری از این اثر انگشت‌ها بسیار دشوار است، اما می‌توان آن‌ها را به‌سادگی و تنها با استفاده از چراغ‌قوه گوشی هوشمند و یک نشانگر لیزری احراز هویت کرد. این فناوری کاربردهای بالقوه‌ای در زمینه‌های ضد جعل و تأیید اصالت دستگاه‌های الکترونیکی دارد.

تیمی از پژوهشگران به سرپرستی پروفسور «سانگ اوک کیم» از دانشکده علوم و مهندسی مواد KAIST، با همکاری تیمی به رهبری پروفسور «سئوک جون کوان» از دانشگاه «سونگ‌کیونکوان»، این فناوری امنیتی پایه را بر اساس الگوهای نانوکلوئیدیِ تصادفی ایجاد کرده‌اند؛ الگوهای میکروسکوپی منحصربه‌فردی که توسط ذراتی شکل می‌گیرند که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند. جزئیات این پژوهش در نشریه Nature Communications منتشر شده است.

امنیت ریشه‌دار در تغییرات فیزیکی

پیشرفت‌های اخیر در هوش مصنوعی باعث شده حملات سایبری پیچیده‌تر شوند و کامپیوترهای کوانتومی آینده نیز ممکن است سیستم‌های رمزنگاری فعلی را تهدید کنند. در نتیجه، علاوه بر رمزنگاری‌های نرم‌افزاری، توجه فزاینده‌ای به فناوری‌هایی معطوف شده که از ویژگی‌های فیزیکی منحصربه‌فردِ محصولات یا دستگاه‌ها برای تأمین امنیت استفاده می‌کنند.

«تابع غیرقابل کپی فیزیکی» یا به اختصار PUF، یک فناوری امنیتی است که از تفاوت‌های فیزیکی جزئی که به‌طور طبیعی در طول فرآیند تولید ایجاد می‌شوند، به‌عنوان اطلاعات امنیتی استفاده می‌کند. درست همان‌طور که هر فرد اثر انگشت منحصربه‌فرد خود را دارد، ذرات میکروسکوپی نیز هر بار که کنار هم قرار می‌گیرند، آرایش متفاوتی شکل می‌دهند. حتی در شرایط یکسانِ مواد و فرآیند تولید، بازتولید موقعیت و جهت‌گیری دقیق ذرات فوق‌العاده دشوار است. پژوهشگران از این تفاوت‌ها به عنوان اثر انگشت مصنوعی برای احراز هویت محصولات و دستگاه‌ها استفاده کرده‌اند.

تعادل میان امنیت بالا و تأیید آسان

با این حال، فناوری‌های PUF با امنیت بالا معمولاً نیازمند میکروسکوپ‌های گران‌قیمت، تجهیزات طیف‌سنجی یا سیستم‌های تصویربرداری پیچیده برای خواندن اطلاعات از ساختارهای ریز خود هستند که استفاده از آن‌ها را در شرایط روزمره دشوار می‌کند.

تیم پژوهشی بر حل این دوراهی میان «امنیت بالا» و «احراز هویت آسان» تمرکز کرد. آن‌ها با استفاده از خودآرایی ذرات کروی با ابعاد صدها نانومتر روی سطح آب، ساختارهای منحصربه‌فردی ایجاد کردند که از دامنه‌های کریستالی کوچک متعددی با اندازه‌ها و جهت‌گیری‌های متفاوت تشکیل شده‌اند. این ساختارها با هر بار تولید، متفاوت از قبل هستند؛ بنابراین کپی‌برداری از آن‌ها بسیار دشوار است و در عین حال، هنگام تابش نور، سیگنال‌های نوری واضحی تولید می‌کنند.

دو منبع نور، یک اثر انگشت

تیم تحقیقاتی روشی را پیاده‌سازی کرد که در آن دو الگوی تولید شده توسط هر محصول، از پیش ثبت شده و سپس با الگوهای مشاهده شده از محصول واقعی مقایسه می‌شوند. به عبارت دیگر، یک «نانو-اثر انگشت» با استفاده از دو منبع نور متفاوت احراز هویت می‌شود: چراغ‌قوه و لیزر. این کار درست مانند شناسایی یک فرد از طریق چهره و اثر انگشت است؛ تأیید یک نانوساختار از دو مسیر مستقل، امنیت را به‌شدت تقویت می‌کند.

هنگامی که نور معمولی (مانند چراغ‌قوه گوشی هوشمند) به این نانوساختار می‌تابد، بر اساس آرایش ذرات، رنگ و الگوی بازتابی منحصربه‌فردی تولید می‌شود. وقتی نشانگر لیزری به آن تابیده شود، ساختار ذرات میکروسکوپی نور را در جهات مختلف پراکنده کرده و الگوی نوری متمایز دومی ایجاد می‌کند. برای جعل این اثر، یک جاعل نه تنها باید خودِ ساختار نانوذرات را بازتولید کند، بلکه باید رنگ و الگوی بازتابی دقیق در چراغ‌قوه و الگوی نوری تحت لیزر را نیز بازسازی کند که این امر کپی‌برداری را عملاً غیرممکن می‌سازد.

از شناسه‌های دستگاه تا برچسب‌های امنیتی

پژوهشگران همچنین با موفقیت توانستند این نانوساختارها را به سطوح مختلفی از جمله پلاستیک‌های منعطف، فلزات، فیلم‌های شفاف و هیدروژل‌ها (مواد ژل‌مانندی که مقادیر زیادی آب را در خود نگه می‌دارند) منتقل کنند.

این فناوری می‌تواند برای تخصیص «شناسه سخت‌افزاری منحصربه‌فرد» به محصولات الکترونیکی و دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) جهت تأیید اصالت محصول به کار رود. همچنین می‌تواند به عنوان یک برچسب ضد جعل برای کالاهای لوکس، آثار هنری و داروها استفاده شود. از آنجایی که این فناوری روی فیلم‌های شفاف نیز قابل اجراست، می‌تواند به برچسب‌های امنیتی تبدیل شود که ظاهر یا طراحی محصول را مخدوش نمی‌کنند.

پروفسور کیم در این باره گفت: «دستاوردهای کلیدی این مطالعه این است که ساختارهای تصادفیِ غیرقابل‌کپی را با یک روش احراز هویت ساده، با استفاده از ابزارهای در دسترس مثل چراغ‌قوه یا لیزر ترکیب کرده‌ایم.» وی افزود: «انتظار داریم این فناوری به یک راهکار امنیتی نسل جدید تبدیل شود که به‌راحتی در کاربردهای روزمره از جمله تأیید اصالت دستگاه‌های الکترونیکی و برچسب‌های ضد جعل قابل استفاده باشد.»