Способ повышения защитных свойств идентификационной ПАВ-метки
METHOD OF IMPROVING PROTECTIVE PROPERTIES OF IDENTIFICATION SAW-MARK

Заявляемое техническое решение относится к радиоэлектронике, в частности к пьезоэлектрическим устройствам в виде идентификационной метки (ID-Tag), работающей с поверхностными акустическими волнами (ПАВ), для систем идентификации. Может быть использовано для повышения защитных свойств пассивных радиочастотных идентификационных (РЧИД) меток на ПАВ (далее ПАВ-меток) для осуществления идентификации различных объектов, а также для их автоматического контроля.
Известна «Пассивная радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах» по патенту на изобретение РФ (RU 2534733 С1, от 10.12.2014, МПК H01L 41/08 [1]) и способ ее работы. Метка содержит антенну, пьезоэлектрическую подложку с расположенными на ней встречно-штыревым преобразователем (ВШП) и системой отражателей. Работает такая метка следующим образом. Внешнее устройство считыватель (или ридер) формирует радиочастотный импульс, принимаемый антенной метки, электроды которой посредством контактных шин соединены с электродами ВШП. В последнем происходит преобразование электрического поля радиоимпульса в акустическое поле ПАВ, которая распространяется по пьезоэлектрической подложке под прямым углом к электродам ВШП. На дальнейшее распространение ПАВ по поверхности пьезоэлектрического кристалла оказывают воздействие отражатели. Небольшая часть ПАВ отражается от каждого отражателя и движется обратно по пьезоэлектрической подложке в направлении ВШП.
Оставшаяся часть ПАВ продолжает двигаться к краю пьезоэлектрической подложки и там гасится. Последовательность импульсов, сформированная за счет отражения ПАВ от системы отражателей, приходит на ВШП, где преобразуется в высокочастотную последовательность электромагнитных импульсов. Закодированный последовательностью импульсов сигнал излучается антенной, может быть принят и декодирован ридером.
Также известны:
- «Радиочастотное устройство идентификации на поверхностных акустических волнах» по патенту на изобретение РФ (RU 2410716 С2, от 27.01.2011, МПК G01S 13/75 [2]) - позволяет повысить емкость идентификационного кода за счет использования дополнительных отражателей, расположенных с другой стороны ВШП (гребенчатого преобразователя);
- «Пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором» по патенту на изобретение РФ (RU 2350982 С2, от 27.03.2009, МПК G01S 13/75 [3]) - позволяет уменьшить линейные размеры пассивных идентификационных меток на поверхностных акустических волнах и расширить их функциональные возможности путем одновременной идентификации и измерения физических величин деформации, давления, сил, ускорения, температуры и перемещения;
- «Опрашиваемый по радио элемент на поверхностных акустических волнах с оптимальным объемом кода» по патенту на изобретение РФ (RU 2253149 С2, от 27.05.2005, МПК G06K 19/067, G01S 13/75 [4]) - позволяет обойтись для заданного, в частности высокого, объема кода сравнительно меньшей длиной/величиной пластинки подложки и/или возможно меньшим количеством кодовых элементов на отдельный код;
- «Маркерное устройство для системы радиочастотной идентификации» по патенту на изобретение РФ (RU 2176092 C1, от 20.11.2001, МПК G01S 13/79 [5]) - позволяет снизить потери электромагнитной энергии при приеме и излучении и тем самым увеличить радиус действия маркерного устройства.
Недостатком известных устройств [1], [2], [3], [4] и [5] является то, что с них в основном снимают только идентификационный ID-сигнал, зная который легко подделать (воспроизвести) данную метку с тем же ID-сигналом, обладая схожим технологическим оборудованием (процессом).
Известна «Территориальной системе контроля транспортировки особо важных и опасных грузов» по патенту заявителя на изобретение РФ (RU 2403623 C1, от 10.11.2010, МПК G08B 25/10 [6]), которая позволяет расширить функциональные возможности и обеспечить повышенную достоверность контроля транспортировки особо важных и опасных грузов путем дистанционной регистрации факта и времени прохождения специальных транспортных средств, перевозящих указанные грузы, через контрольные посты. Идентификационные ПАВ-метки системы размещаются на специальном транспортном средстве в зоне прямой видимости антенн сканирующего устройства (на лобовом стекле, бампере, номерном знаке, днище и т.д.). Обмен дискретной информацией между пунктом управления и специальными транспортными средствами носит конфиденциальный характер. При этом защита конфиденциальной информации имеет три уровня: криптографический, энергетический и структурный. Криптографический уровень обеспечивается специальными методами шифрования, кодирования и преобразования дискретной информации, в результате которых ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования. Энергетический и структурный уровни обеспечиваются применением сложных ФМн - сигналов, которые обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Недостатком аналога [6] является необходимость наличия (и его хранения) отдельного ключа криптограммы, что существенно усложняет систему и требует дополнительных затрат на генерацию, хранение и передачу этих ключей. При этом вопрос защиты от копирования ПАВ-метки остается открытым, так как ее также можно скопировать.
Известно применение ПАВ-меток для идентификации и позиционирования транспортных средств, например, по патентам РФ (RU 2185663 С1, от 20.07.2002, МПК G08G 1/017, B60R 25/00, B60R 13/10, «Система электронной идентификации автотранспортных средств (Варианты)» [7] и RU 125535 U1, от 10.03.2013, МПК B61L 25/00, «Устройство радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта» [8]).
В аналогах [7] и [8] также использованы типовые ПАВ-метки, несущие в себе ID-сигнал. При этом эти ПАВ-метки решают задачу позиционирования автомобильного и железнодорожного транспорта в условиях промышленных помех и не ставят себе задачу защиты от их копирования.
Известный «Способ идентификации аутентичности предметов, выпускаемых в обращение» по патенту на изобретение РФ (RU 2309453 С1, от 27.10.2007, МПК G06K 1/12, G06K 5/00 [9]) решает задачу защиты от подделки изделий массового серийного производства. Изобретение повышает степень защиты изделий от подделки, более быстром поиске сведений по идентифицируемому предмету в базе данных и упрощении способа за счет передачи сведений по открытым информационным каналам. Администратор системы идентификации изготавливает и предоставляет производителю заданное количество идентификационных меток. Каждая метка включает набор символов, состоящий из порядкового номера метки, открытого для считывания, и идентификационной комбинации, закрытой от визуального восприятия защитным средством. Производитель сообщает администратору описательные сведения о промаркированных метками предметах, сохраняемые в базе данных производителя. Лицо, проводящее идентификацию, вскрывает защитное средство и с помощью средств связи направляет администратору запрос с указанием порядкового номера и идентификационной комбинации. Администратор находит в базе данных идентификационную комбинацию по порядковому номеру и сравнивает ее с идентификационной комбинацией, указанной в запросе. В случае их совпадения направляет лицу, проводящему идентификацию, описательные сведения о предмете, на основании которых делается вывод об аутентичности предмета.
Недостатком аналога [9] является то, что способ практически может быть реализован один раз при механическом вскрытии идентификационной комбинации, закрытой от визуального восприятия защитным средством. При дальнейшем использовании маркированного предмета известную идентификационную метку можно подделать и ею маркировать аналогичные контрафактные предметы, например продавая их как бывшие в небольшом (по времени) употреблении. Кроме того, такой способ идентификации неприменим к идентификационным ПАВ-меткам.
Известна идентификационная метка для потока видеоданных, содержащая последовательность сцен и их продолжительность по заявке на изобретение РФ (RU 2009100847 А, от 20.07.2010, МПК H04N 7/24, «Идентификационная метка, устройство, способ для идентификации и синхронизации видеоданных» [10]). Способ использования данной метки может включать в себя этапы синхронизации в устройстве воспроизведения потока видеоданных и вспомогательного носителя информации одновременно для пользователя, основываясь на вспомогательном носителе информации, связанном с идентификаторами, соответствующими изменениям сцен в потоке видеоданных. По известному способу связь между идентификаторами и вспомогательным носителем информации включена во вспомогательный носитель информации. Использование идентификационной метки может быть применено для идентифицирования потока видеоданных, в котором содержится сравнение частичной идентификационной метки, полученной из части потока видеоданных относительно части идентификационной метки. Сигнал для сообщения идентичности потока видеоданных, может содержать идентификационные метки. То есть в идентификационной метке применен внешний носитель - метка, которая используется в виде «ключа».
Недостатком аналога [10] является необходимость использования вспомогательного носителя информации наряду с идентификационной меткой для потока видеоданных. Наличие вспомогательного носителя информации существенно усложняет как устройство идентификации, так и способ его реализации. Кроме того, такой способ идентификации неприменим к идентификационным ПАВ-меткам. В заявляемом техническом решении по сравнению с аналогом [10] кроме заданного заранее определенного идентификатора ID содержится последовательность, которая не может быть изначально задана, носит случайный характер, но однозначно может быть идентифицирована через анализ индивидуальных (недетерминированных, случайных) свойств ПАВ-метки связанных с технологическим разбросом размеров, топологических элементов при ее изготовлении.
Известен способ вставки идентификационной метки в данные по патенту на изобретение РФ (RU 2339091 С2, от 20.11.2008 г., МПК G11B 20/10, H04L 9/00, «Вставка идентификационной метки в данные» [11]), который обеспечивает более высокую эффективность и надежность при производстве носителей информации с вставленными идентификационными метками. Позволяет защитить обладателей авторского права от проблем, связанных с пиратскими копиями. Способ вставки идентификационной метки включает операции, на которых принимают множество наборов данных-оригиналов, причем каждый набор данных-оригинал разделен на множество входных сегментов, при этом, по меньшей мере, один из множества наборов данных-оригиналов уникально маркирован, и получают выходной набор данных, имеющий множество выходных сегментов, причем каждый выходной сегмент указанного выходного набора данных формируют путем выбора соответствующего входного сегмента из одного из указанного множества наборов данных-оригиналов и вставки выбранного соответствующего входного сегмента в указанный каждый выходной сегмент, при этом расположение указанного множества выходных сегментов в указанном выходном наборе данных в результате выбора входных сегментов из указанного множества наборов данных-оригиналов обеспечивает идентификационную метку в выходном наборе данных таким образом, что количество выходных сегментов в указанном выходном наборе данных равно количеству входных сегментов в каждом наборе данных-оригинале. При реализации способа по меньшей мере, один набор данных-оригинал из множества наборов данных-оригиналов может включать немаркированный набор данных. При этом выбор соответствующего входного сегмента из одного из указанного множества наборов данных-оригиналов может включать псевдослучайный выбор соответствующего входного сегмента из одного из указанного множества наборов данных-оригиналов. И может дополнительно включать создание псевдослучайной последовательности для обеспечения возможности псевдослучайного выбора соответствующего входного сегмента. Выбор соответствующего входного сегмента из одного из указанного множества наборов данных-оригиналов может включать псевдослучайный выбор последовательности входных сегментов из указанного множества наборов данных-оригиналов, так что выбранная последовательность обеспечивает относительно высокую вероятность уникальной идентификации указанного выходного набора данных, даже когда указанный выходной набор данных копируют частично. Также выбор последовательности входных сегментов может включать построение псевдослучайной последовательности сегментов, причем псевдослучайная последовательность обеспечивает информацию о том, какой входной сегмент использовали для построения соответствующего выходного сегмента.
Устройство для вставки идентификационной метки содержит множество приемных блоков, предназначенных для получения множества входных наборов данных, причем каждый из множества входных наборов данных разделен на множество входных сегментов, при этом, по меньшей мере, один из множества входных наборов данных уникально промаркирован.
Недостатками способа-аналога [11] являются его сложность и невозможность его применения к идентификационным ПАВ-меткам и способам их использования.
Известен «Оптический диск и формат физического адреса», а также способ его применения по патенту на изобретение РФ (RU 2262141 С2, от 10.10.2005, МПК G11B 7/00 [12]), в котором применены идентификационные метки, созданные путем изменения размеров и физических свойств материала диска. Изобретение позволяет уменьшить объем служебных данных при снижении вероятности возрастания числа ошибок. Оптический диск-носитель включает трековую канавку, вдоль которой производится запись основной информации, в котором трековая канавка разделена на множество блоков, каждый из множества блоков включает множество кадров. В оптическом диске-носителе трековая канавка может иметь выполненную в ней идентификационную метку, указывающую начало каждого из множества блоков. При этом идентификационная метка может быть создана путем:
- срезания трековой канавки;
- локального изменения ширины трековой канавки;
- локального изменения амплитуды формы колебаний.
В процессе воспроизведения оптического диска-носителя имеется стадия обнаружения сигнала метки блока по радиочастотному сигналу и генерирования сигнала субинформации по синхронизирующему тактовому сигналу, двухуровневому импульсному сигналу и сигналу метки блока.
Недостатком технического решения аналога [12] (оптических дисков, созданных путем изменения размеров и физических свойств материала диска с их идентификационными метками) является то, что производитель сам в состоянии сделать необходимое (нужное ему) количество копий, не отличимых от оригинала. В заявляемом техническом решении в значительной степени решается вопрос защиты получения копий ПАВ-меток, как сторонними производителями, так и непосредственно самим производителем. При этом следует отметить невозможность применения способов создания и применения, идентификационных меток оптического диска к идентификационным ПАВ-меткам и способам их использования.
Известен «Полупроводниковый прибор с системой контроля подлинности на основе скрытой метки в топологическом слое» по патенту на полезную модель РФ (RU 127512 U1, от 27.04.2013, МПК H01L 21/70 [13]), особенности изготовления идентификационной метки которого позволяют установить подлинность полупроводникового прибора. При этом подлинность таких полупроводниковых приборов, которых возможно установить на том или ином этапе его жизненного цикла. Сущность технического решения заключается в том, в полупроводниковый прибор, включающий корпус и кристалл интегральной схемы на одном из внутренних слоев кристалла прибора введена идентификационная метка из непрозрачного для инфракрасного излучения материала, причем геометрические размеры метки совпадают с геометрическими размерами топологических элементов на несущем слое. При этом определяется наличие упомянутой метки с помощью просвечивания инфракрасными излучением, а условием подлинности для полупроводникового прибора, содержащего указанную метку, является как факт наличия такой метки, так и совпадение ее морфологических особенностей с эталонными.
Недостатком технического решения аналога [13] является то, что проверку подлинности изделия можно проконтролировать, только использовав дополнительное оборудование. В аналоге изображения, скрытно нанесенные на каждом изделии сравнивают с эталонным изображением, при этом погрешность при сравнении изображений не определена, а в предложенном техническом решении сама метка выступает в качестве носителя уникальной информации.
Известно «Устройство и способ записи/воспроизведения информации, носитель записанной информации и средство обслуживания программы записи/воспроизведения информации» по патенту на изобретение РФ (RU 2273893 С2, от 10.04.2006, МПК G11B 20/10, [14], технический результат которого заключается в повышении защиты данных. Блочный ключ для шифрования данных блока генерируется с использованием метки времени входа, присоединенной к каждому пакету, включенному в транспортный поток в соответствии с временем входа пакета. Метка времени входа содержит случайные данные, зависящие от времени входа, и тем самым можно генерировать уникальный блочный ключ, который улучшает защиту данных от криптоанализа. Блочный ключ генерируется на основе комбинации метки времени входа с ключом, уникальным для устройства, носителя информации или т.п., таким как главный ключ, уникальный ключ диска, уникальный титульный ключ или т.п. Поскольку для генерирования блочного ключа используется метка времени входа, то можно не предусматривать зону на носителе информации для хранения ключа шифрования для каждого блока.
Как недостатки аналога [14] можно отметить: его сравнительную сложность, наличием дополнительных устройств шифратора - дешифратора, а также традиционность в виду использования больших интегральных микросхем, работающих на булевой алгебре. В этой связи в устройстве и способе его применения сохраняется возможность фальсификации: зная значение метки кода путем выпуска микросхем, содержащих цифровое значение данной метки кода. В заявляемом техническом решении даже зная значения кода шифрования конкретной метки, повторение физической структуры метки, дающей аналогичный код является трудно разрешимой задачей, что обусловлено влиянием огромного количества физических факторов, влияющих на конкретное значение кода шифрования.
Известна «Система взаимодействия разделенных баз персональных данных информационной системы» по патенту на полезную модель РФ( RU 103414 U8, от 10.04.2011, МПК G06F 17/40 [15]), которая решает задачу построения информационной системы таким образом, чтобы связать в единой базе данных данные идентифицировающие физическое лицо и обезличенные данные, в том числе, без необходимости использования внешнего носителя информации. Система содержит блок ввода, регистрации, обработки информации, идентифицирующей физическое лицо в идентификационной базе данных (БД1), блок ввода, регистрации, обработки обезличенной информации физического лица в обезличенной базе данных (БД2), при этом обе базы содержат устройства считывания информации с внешнего носителя, отличающаяся тем, что система ИСПДн1 разделена на ИСПДн1 и ИСПДн2, а БД1 и БД2 размещены в указанных системах соответственно, причем внешний носитель содержит персональный обезличенный идентификатор физического лица, соответствующий единственному физическому лицу, БД1 и БД2 содержат указанный идентификатор физического лица, при этом внешний носитель содержит внутренние и/или внешние идентифицирующие элементы, кроме того, физическое лицо имеет, по меньшей мере, один внешний носитель с одним персональным обезличенным идентификатором. Персональный обезличенный идентификатор БД1 и БД2 может содержать идентичные значения для одного физического лица, а по меньшей мере, один внешний носитель может содержать элементы визуальных отличий. При этом внешние визуальные отличия, по меньшей мере, одного, внешнего носителя, могут быть выполнены в виде, например, рисунка, контрастной окраски и пр.
Как недостаток аналога [15] следует отметить то, что вопрос защиты карточек идентифицирующих физическое лицо в принципе не решен. В заявляемом техническом решении в предполагаемых информационных системах (где это будет использоваться) наличие метки - идентификатора со встроенным ключом шифрования, в том числе открытым, но сильно защищенным от копирования является принципиальным для задачи идентификации и получения цифровой подписи для связанной информации.
Известен «Способ учета и контроля над объектами, имеющими идентификационные метки» по заявке на изобретение РФ (RU 2001125831 А, от 20.09.2003, МПК G06K 5/00 [16]), использующий дополнительную метку для доступа к закрытой информации. Включает введение в оборот посредством передачи субъектам соответствующего пространства, считывание меток в пунктах учета, занесение их в единый электронный банк данных, анализ обращения на основе считываемых данных. Объекты снабжают дополнительной идентификационной меткой, являющейся кодовым ключом к закрытой информации, содержащейся в едином банке данных, при этом оснащают все пункты учета устройствами считывания и идентификации указанной метки. При поступлении документов, ценных бумаг, денежных знаков в пункты учета от субъектов и считывание информации, запрашивают дополнительную закрытую информацию через идентификационную метку и на основе анализа судят о достоверности и характере обращения объектов в соответствующем пространстве. В качестве идентификационной метки могут использовать: штрих-код; миниатюрный числовой информационный процессор; электромагнитное покрытие; электронно-лучевые идентификационные метки; радиоэлектронные идентификационные метки; оригинальный символьно-цифровой код.
Недостатком аналога [16] является необходимость использование дополнительной метки, которую возможно легко подделать, также как и основную, и получить легких доступ к закрытой информации, что может привести к созданию объектов - копий оригиналов.
Известна «Идентификационная метка для маркировки и распознавания объектов» по патенту на полезную модель РФ (RU 1161 U1, от 16.11.1995, МПК G09F 03/02 [17]), которая выполнена на диэлектрической пленке и закреплена на объекте или его упаковке. При этом на поверхности диэлектрической пленки размещен электрический колебательный контур, выполненный из электропроводящего материала, например электропроводной краски, пасты или фольги. Индуктивный элемент колебательного контура выполнен в виде двух плоских спиралей, расположенных по обе стороны диэлектрической пленки, направление закрутки одной плоской спирали от ее центра противоположно направлению закрутки другой плоской спирали, в центре каждой плоской спирали расположены контактные площадки, соединенные между собой через металлизированное отверстие, внутренние витки плоских спиралей соединены с указанными контактными площадками, а емкостные элементы колебательного контура выполнены в виде полосковых металлизированных площадок с прорезью, охватывающих индуктивные элементы, внешние витки которых соединены с полосковыми металлизированными площадками. На метку может быть наклеена защитная непрозрачная пленка с штриховыми метками или другими изображениями, кодирующие признаки которых отличаются от идентификационных признаков объекта. Метка может быть закреплена на внутренней поверхности упаковки объекта, причем положение центра индуктивных элементов помечено на внешней поверхности упаковки соответствующим маркером.
Недостатком аналога [17] является применение совершенно другого физического принципа, чем у РЧИД ПАВ, при этом использование колебательного LC - контура, настроенного на определенную резонансную частоту, не может выступать в качестве ключа шифрования защищенного от подделки.
Известный «Способ и устройство для создания идентификационной метки для беспроводной сети» по патенту на изобретение РФ (RU 2384982 С2, от 20.03.2010, МПК H04W 64/00, Н04В 7/26 [18]) позволяет обнаруживать беспроводные локальные сети и глобальные сети, использующие сотовую технологию. Аналог [18] содержит: процессор, выполненный с возможностью создания информации, относящейся к расположению первой сети связи на основе одного или более опорных сигналов от второй сети связи, причем информация содержит идентификационную метку первой сети связи, и при этом идентификационная метка содержит информацию о фазе и информацию об уровне сигнала для одного или более опорных сигналов; и память, выполненную с возможностью хранения упомянутой информации.
При этом метка в аналоге является математическим образом без привязки к физическому носителю информации, что не может быть использовано для идентификации физических объектов и их защиты от копирования, что и является недостатком аналога [19].
Прототипом заявляемого технического решения является способ работы идентификационной метки по патенту на изобретение РФ (RU 2158936 С2, от 10.11.2000, МПК G01S 13/02, G01S 13/75, G06K 7/10, «Идентификационная метка, работающая с поверхностными акустическими волнами» [19]). Способ заключается в том, что на идентификационную метку, состоящую из нанесенных на подложку встречно-штыревых преобразователей (ВШП) и отражателей, через подсоединенную к ВШП антенну наводят электродвижущую силу (ЭДС) облучением аналоговым зондирующим радиосигналом с последующим принятием отклика от метки для последующего его анализа с получением идентификационного (ID) кода метки, который является оцифрованным отображением размещения отражателей на подложке. Техническое решение аналога [19] позволяет исключить необходимость постоянного режима работы опрашивающей системы, за счет того что, по меньшей мере, один из отражателей имеет большую относительно отражательной способности остальных отражателей отражательную способность.
Недостатком прототипа [19], также как и аналогов [1], [2], [3], [4] и [5] является то, что при работе с них снимают идентификационный ID сигнал, зная который несложно воспроизвести данную метку с тем же ID сигналом, обладая схожим технологическим оборудованием.
Особенностью ПАВ-метки - прототипа [19] является то, что эта ПАВ-метка представляет собой простой и собирательный образ ПАВ-меток и способов их работы.
Возможность копирования ПАВ-меток, ставит под угрозу саму идею идентификации и однозначности фиксирования подлинности объектов. Это создает благоприятные условия для создания и продвижения контрафактной продукции и дискредитирует сам механизм идентификации.
В этой связи, в настоящее время, не смотря на определенную сложность, производства ПАВ-меток, актуальной является задача выявления (определения, идентификация) копий меток от оригинальной ПАВ-метки. То есть стоит задача получения более высокой степени защиты ПАВ-меток от подделок, в том числе и самим производителем ПАВ-меток.
Другими словами ставится задача создания усовершенствованного способа использования ПАВ-метки - прототипа [19], при котором дополнительно к определению ID добавляют функцию вычисления ключа шифрования, то есть дополнительно используют ПАВ-метку как носитель ключа шифрования.
Сущность изобретения заключается в том, что в заявляемом способе повышения защитных свойств ПАВ-метки, заключающимся в том, что на ПАВ-метку, состоящую из нанесенных на подложку встречно-штыревых преобразователей (ВШП) и отражателей, через подсоединенную к ВШП антенну наводят электродвижущую силу облучением аналоговым зондирующим радиосигналом с последующим принятием отклика от ПАВ-метки для последующего его анализа с получением идентификационного кода ПАВ-метки, который является оцифрованным отображением размещения отражателей на подложке,
дополнительно получают ключ шифрования - электронную цифровую подпись ПАВ-метки и электронный сертификат подлинности ПАВ-метки, путем вычисления ключа шифрования на основе анализа индивидуальных особенностей амплитудно-фазочастотной характеристики отклика радиосигнала от ПАВ-метки, при этом ключ шифрования - электронную цифровую подпись ПАВ-метки определяют технологическим разбросом координат нанесения и размеров отражателей, физических и химических свойств используемых при производстве материалов. В процессе вычисления ключа шифрования - электронной цифровой подписи метки используют такие особенности амплитудно-фазочастотной характеристики отклика радиосигнала от ПАВ-метки, которые либо не зависят от внешних воздействий окружающей среды, либо отношение их параметров (характеристик) относительно друг друга взаимно компенсируют эти воздействия. При применении ПАВ-метки полученный ключ шифрования - электронная цифровая подпись метки используют для определения подлинности самой идентификационной ПАВ-метки.
При изготовлении ПАВ-метки случайным образом в допустимых пределах могут вносить в технологический процесс ее изготовления дополнительный разброс (допустимые погрешности) в координаты и режим нанесения электродов ее топологии.
Ключ шифрования - электронная цифровая подпись ПАВ-метки - может выступать в качестве открытого ключа шифрования и совместно с идентификационным кодом образует электронный сертификат подлинности ПАВ-метки.
Технический результат заключается в повышении защитных свойств ПАВ-метки путем дополнительного получения ключа шифрования - электронной цифровой подписи метки, который вычисляют на основе анализа индивидуальных особенностей амплитудно-фазочастотной характеристики отклика радиосигнала от ПАВ-метки.
В заявляемом техническом решении кроме заданного заранее определенного идентификатора ID содержится последовательность, которая не может быть изначально задана, носит случайный характер, но однозначно может быть идентифицирована через анализ индивидуальных (недетерминированных, случайных) свойств ПАВ-метки связанных с технологическим разбросом при ее изготовлении.
Заявляемое изобретение в значительной степени решает вопрос защиты получения копий ПАВ-метки, как сторонними производителями, так и непосредственно самим производителем, так как сама ПАВ-метка выступает в качестве носителя уникальной информации.
Поэтому, даже зная значение ключа шифрования конкретной ПАВ-метки, повторение физической структуры ПАВ-метки, дающей аналогичный код является трудно разрешимой задачей, что обусловлено влиянием огромного количества физических факторов, влияющих на конкретное значение ключа шифрования.
При применении заявляемого изобретения наличие ПАВ-метки - идентификатора со встроенным ключом шифрования, в том числе открытым, но сильно защищенным от копирования является принципиальным для решения задачи идентификации и получения цифровой подписи для связанной информации.
Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «дополнительно получают ключ шифрования - электронную цифровую подпись ПАВ-метки и электронный сертификат подлинности ПАВ-метки, путем вычисления ключа шифрования на основе анализа индивидуальных особенностей амплитудно-фазочастотной характеристики отклика радиосигнала от ПАВ-метки» необходимо для того, чтобы создать возможность определения подлинности самой ПАВ-метки и создать возможность использования ключа шифрования для формирования цифровой подписи описаний объектов, идентифицируемых этой ПАВ-меткой.
Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «ключ шифрования - электронную цифровую подпись ПАВ-метки получают от технологического допуска нанесения отражателей (который определяется точностью позиционирования и фокусировки оборудования), физических и химических свойств используемых при производстве материалов» необходимо для того, чтобы получить строго индивидуальный ключ шифрования для каждой ПАВ-метки, в том числе с одним и тем же ID, что позволит существенно повысить ее защиту от копирования и подделок.
Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «для получения ключа шифрования - электронной цифровой подписи ПАВ-метки и электронный сертификат подлинности ПАВ-метки выбирают такие особенности амплитудно-фазочастотной характеристики отклика радиосигнала от ПАВ-метки, которые либо не зависят от внешних воздействий окружающей среды, либо отношения их характеристик относительно друг друга взаимно компенсируют эти воздействия» необходимо для того, чтобы обеспечить неизменность значения ключа шифрования - электронной цифровой подписи ПАВ-метки от колебаний температуры окружающей среды.
Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «при применении идентификационной ПАВ-метки полученный ключ шифрования - электронную цифровую подпись ПАВ-метки используют для определения подлинности самой ПАВ-метки» необходимо для того, чтобы проверить подлинность самой ПАВ-метки, для исключения ее подделки и защиты от контрафактной продукции.
Введение в формулу изобретения отличительных признаков: «при изготовлении ПАВ-метки случайным образом в допустимых пределах вносят в технологический процесс ее изготовления дополнительный разброс в координаты и режим нанесения отражателей ее топологии» необходимо для того, чтобы дополнительно задать «разброс» значений ключа шифрования, то есть повысить «индивидуальность» каждой ПАВ-метки.
Заявленный способ повышения защитных свойств идентификационной метки поясняется изображениями, представленными на следующих фигурах.
Фиг. 1 - Топология ПАВ-метки.
Фиг. 2 - Увеличенный фрагмент топологии ПАВ-метки (Вид А по фиг. 1), где а - ширина информационной группы, 6 - ширина гарантированного зазора между информационными группами.
Фиг. 3 - Возможные топологии двух идентичных по ID ПАВ-метки.
Фиг. 4 - Расположение отражателя внутри информационной группы, состоящей из 16 слотов.
Фиг. 5 - Увеличенный фрагмент расположения отражателя относительно центральной оси слота (Вид Б по фиг. 4), где -2 -1 0 +1 +2 - смещения отражателя на величину кратную λ/4, а λ - длина волны распространения колебаний на подложке ПАВ-метки.
Фиг. 6 - Фотография участка подложки (области) ПАВ-метки с видимыми отражателями (под микроскопом).
Для пояснения реализации заявляемого способа на фиг. 1 приведена типичная ПАВ-метка (1), которая состоит из пьезоэлектрической подложки (2), с нанесенными на нее ВШП (3) из электропроводящего материала и отражателями (4) - (рефлекторами). К ВШП (3) подсоединена антенна (5).
В процессе работы на ПАВ-метку (1), состоящую из нанесенных на подложку из пьезоэлектрического материала (2) ВШП (3) и отражателей (4), через подсоединенную к ВШП антенну (5) наводят ЭДС облучением аналоговым зондирующим радиосигналом. Далее принимают отклик от ПАВ-метки (1), анализируют его в считывателе (ридере) и получают идентификационный код ПАВ-метки, который является оцифрованным отображением размещения отражателей (4) на подложке (2).
Одновременно (и/или последовательно) дополнительно получают ключ шифрования - электронную цифровую подпись ПАВ-метки и электронный сертификат подлинности ПАВ-метки, который вычисляют на основе анализа индивидуальных особенностей амплитудно-фазочастотной характеристики отклика радиосигнала от ПАВ-метки, при этом ключ шифрования - электронную цифровую подпись ПАВ-метки получают от технологического допуска нанесения отражателей (обусловленной точностью позиционирования и фокусировки оборудования), а также физических и химических свойств используемых при производстве материалов. Для получения ключа шифрования - электронной цифровой подписи ПАВ-метки выбирают такие особенности амплитудно-фазочастотной характеристики отклика радиосигнала от метки, которые либо не зависят от внешних воздействий окружающей среды, либо отношения их характеристик относительно друг друга взаимно компенсируют эти воздействия. При применении ПАВ-метки полученный ключ шифрования - электронную цифровую подпись ПАВ-метки используют для определения подлинности самой ПАВ-метки.
При этом, при изготовлении ПАВ-метки случайным образом в допустимых пределах могут вносить в технологический процесс ее изготовления дополнительный разброс (допустимые погрешности) в координаты и режим нанесения электродов ее топологии.
Один из алгоритмов реализации заявленного технического решения - способа повышения защитных свойств ПАВ-метки состоит в следующем.
Для надежного вычисления ключа шифрования ПАВ-метки можно, например, анализировать частный случай амплитудно-фазочастотной характеристики - фазовый сдвиг откликов отражателей. Выпускаемые ПАВ-метки содержат 6 информационных групп отражателей. В каждой группе имеется 16 слотов. Положение отражателя в конкретном слоте определяет текущее значение ID метки. Общее количество кодов при данной топологии равно 16 в 6 степени, т.е. 16777216 комбинаций. Произведенный расчет разрешающей способности позволяет определить фазовый сдвиг, который может быть обусловлен смещением положения отражателя относительно центральной оси слота и (или) изменением коэффициента отражения рефлектора (отражателя) с точностью не хуже 0,4 мкм для 2,45 ГГц, что соответствует длине волны λ/4 для материала подложки - ниобата лития. Таким образом, смещение положения отражателя в пределах ±1 мкм при ширине слота 25 мкм) относительно центральной оси слота позволяет выявить 5 возможных положения отражателя внутри каждого слота.
Наличие стартового и стопового отражателя, а также группы отражателей контрольной суммы позволяет однозначно вычислить параметры температурной компенсации конкретной ПАВ-метки. Так как физическое расположение всех отражателей остается неизменным на поверхности пластины, а их перемещение может быть обусловлено только изменением линейных размеров ПАВ-метки под воздействием температурных факторов, а фактор механической деформации отсутствует, то при наличии неизменного вычислительного алгоритма определения сдвига фаз компенсация по стартовому, стоповому отражателю и отражателям контрольной суммы приведет к вычислению точного положения информационных отражателей внутри каждого слота.
-6
В результате получим 5 в 6 степени возможных вариантов для ПАВ-метки с одинаковым ID. Статистически это означает, что копия ПАВ-метки совпадет с оригиналом с вероятностью 1/15625. Так как количество информационных групп и соответственно количество комбинаций может быть иным для ПАВ-меток другой разрядности (для топологии Пав-метки с 8-ю информационными группами отражателей - 4 млрд. комбинаций, вероятность совпадения менее 3×10), то целесообразным является представление ключа шифрования в виде хеш-функции фиксированной длины. Для этого можно значения положений отражателей в слотах скомбинировать со значением ID ПАВ-метки любым заранее определенным способом и вычислить хеш-функцию, например, по алгоритму MD5 (https://ru.wikipedia.org/wiki/MD5 - [23]). MD5 (англ. Message Digest 5) - это 128-битный алгоритм хеширования. Предназначен для создания «отпечатков» или дайджестов сообщения произвольной длины и последующей проверки их подлинности.
Для ПАВ-метки с ID равным 01041210030570 и положением отражателей:
+1 -2 -1 0 +2 -2 λ/4 относительно центральной оси слота, представленным как последовательность кодов символов стандарта ASCII-ISO 8859-1 в формате DEC: 43 49 45 50 45 49 48 43 50 45 50 имеем: md5(010412100305704349455045494843504550)=>f613d847d9c5eb4bf2162c53c30cc81a - 128-битный ключ шифрования ПАВ-метки (электронная цифровая подпись ПАВ-метки).
38
Комбинация ID метки и положения отражателей необходимо для получения ключей шифрования, вероятность повторения которых стремиться к нулю из-за свойств лавинного эффекта алгоритма MD5, высокой дисперсии получаемого результата и информационной емкости хеша - 16 в степени 32 (3,4×10).
Приведение совокупности особенностей характеристик меток к 128-битному ключу фиксированной длины позволяет в дальнейшем использовать новые характеристики амплитудно-частотной и фазовой характеристик ПАВ-меток, задающих ее "неповторимый портрет", при этом выходной формат работы считывателя остается неизменным: идентификатор ПАВ-метки ID и 128-битный MD5-хеш.
Последовательность действий при вычислении ключа шифрования - электронной цифровой подписи метки выглядит следующим образом:
1. Определение ID ПАВ-метки, вычисление контрольной суммы и сравнение с контрольной суммой, хранящейся в метке (применение обычной ПАВ-метки).
2. По ID метки определение алгоритма вычисления ключа шифрования (он может быть един для всех ПАВ-метки или различен для разных диапазонов ID).
3. Определение по заданному алгоритму особенностей амплитудно-фазочастотной характеристики отклика радиосигнала от ПАВ-метки и вычисление значения хеш-функции, т.е. ключа шифрования - электронной цифровой подписи ПАВ-метки.
Полагаем, что предложенный «Способ повышения защитных свойств идентификационной ПАВ-метки», обладает всеми критериями изобретения, так как совокупность ограничительных и отличительных признаков формулы изобретения является новым для таких способов, и, следовательно, соответствует критерию "новизна", так как предложенный способ может быть осуществлен со всеми типами ПАВ-меток.
Совокупность признаков формулы изобретения предложенного способа неизвестна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным правилам разработки ПАВ-меток, а именно:
- получение дополнительного ключа шифрования - электронной цифровой подписи ПАВ-метки, который вычисляют на основе анализа индивидуальных особенностей амплитудно-фазочастотной характеристики отклика радиосигнала от ПАВ-метки,
- получение ключа шифрования от технологического допуска нанесения отражателей, физических и химических свойств используемых при производстве материалов,
- для получения ключа шифрования выбирают такие особенности амплитудно-фазочастотной характеристики отклика радиосигнала от ПАВ-метки, которые либо не зависят от внешних воздействий окружающей среды, либо отношения их характеристик относительно друг друга взаимно компенсируют эти воздействия,
- при применении ПАВ-метки полученный ключ шифрования используют для определения подлинности самой ПАВ-метки,
что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".
Кроме того, следует отметить, что применение заявленного способа не уменьшает разрядность ID ПАВ-метки для данной топологии, а использует дополнительные параметры (более углубленный анализ характеристик) ПАВ-метки для ее проверки подлинности. Заявленный алгоритм технического решения - способа, а именно: определение ID-метки (I), а затем вычисление электронной цифровой подписи метки (И) по алгоритмам для данного диапазона ID позволяет со временем (для разрабатываемых ПАВ-меток - с новыми диапазонами ID ПАВ-метки) находить более совершенные комбинации характеристик и усложнять цифровой портрет ПАВ-метки не затрагивая алгоритмы получения цифровой подписи для существующих ПАВ-меток с предыдущими диапазонами ID.
Разработка, конструирование и внедрение предложенного «Способа повышения защитных свойств идентификационной ПАВ-метки» не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей. Способ разработан заявителем, и в настоящее время по его признакам (заявленной формулы изобретения) проходят испытания, изготовленных ПАВ-меток, что доказывает соответствие критерию "промышленная применимость".
Источники информации
1. Патент на изобретение РФ: RU 2534733 С1, от 10.12.2014, МПК H01L 41/08, «Пассивная радиочастотная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах».
2. Патент на изобретение РФ: RU 2410716 С2, от 27.01.2011, МПК G01S 13/75, «Радиочастотное устройство идентификации на поверхностных акустических волнах».
3. Патент на изобретение РФ: RU 2350982 С2, от 27.03.2009, МПК G01S 13/75, «Пассивная идентификационная метка на поверхностных акустических волнах с резонатором».
4. Патент на изобретение РФ: RU 2253149 С2, от 27.05.2005, МПК G06K 19/067, G01S 13/75, «Опрашиваемый по радио элемент на поверхностных акустических волнах с оптимальным объемом кода».
5. Патент на изобретение РФ: RU 2176092 С1, от 20.11.2001, МПК G01S 13/79, «Маркерное устройство для системы радиочастотной идентификации».
6. Патент на изобретение РФ: RU 2403623 С1, от 10.11.2010, МПК G08B 25/10, «Территориальная система контроля транспортировки особо важных и опасных грузов».
7. Патент на изобретение РФ: RU 2185663 С1, от 20.07.2002, МПК G08G 1/017, B60R 25/00, B60R 13/10, «Система электронной идентификации автотранспортных средств (Варианты)».
8. Патент на полезную модель РФ: RU 125535 U1, от: 10.03.2013, МПК B61L 25/00, «Устройство радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта».
9. Патент на изобретение РФ: RU 2309453 С1, от 27.10.2007, МПК G06K 1/12, G06K 5/00, «Способ идентификации аутентичности предметов, выпускаемых в обращение».
10. Заявка на изобретение РФ: RU 2009100847 А, от 20.07.2010, МПК H04N 7/24, «Идентификационная метка, устройство, способ для идентификации и синхронизации видеоданных».
11. Патент на изобретение РФ: RU 2339091 С2, от 20.11.2008, МПК G11B 20/10, H04L 9/00, «Вставка идентификационной метки в данные».
12. Патент на изобретение РФ: RU 2262141 С2, от 10.10.2005, МПК G11B 7/00, «Оптический диск и формат физического адреса».
13. Патент на полезную модель РФ: RU 127512 U1, от 27.04.2013, МПК H01L 21/70, «Полупроводниковый прибор с системой контроля подлинности на основе скрытой метки в топологическом слое».
14. Патент на изобретение РФ: RU 2273893 С2, от 10.04.2006, МПК G11B 20/10, «Устройство и способ записи/воспроизведения информации, носитель записанной информации и средство обслуживания программы записи/воспроизведения информации».
15. Патент на полезную модель РФ: RU 103414 U8, от 10.04.2011, МПК G06F 17/40, «Система взаимодействия разделенных баз персональных данных информационной системы».
16. Заявка на изобретение РФ: RU 2001125831 А, от 20.09.2003, МПК G06K 5/00, «Способ учета и контроля над объектами, имеющими идентификационные метки».
17. Патент на полезную модель РФ: RU 1161 U1, от 16.11.1995, МПК G09F 03/02, «Идентификационная метка для маркировки и распознавания объектов».
18. Патент на изобретение РФ: RU 2384982 С2, от 20.03.2010, МПК H04W 64/00, Н04В 7/26, «Способ и устройство для создания идентификационной метки для беспроводной сети».
19. Патент на изобретение РФ: RU 2158936 С2, от 10.11.2000, МПК G01S 13/02, G01S 13/75, G06K 7/10, «Идентификационная метка, работающая с поверхностными акустическими волнами» - прототип.
20. https://m.wikipedia.org/wiki/MD5.