هویتی که تکرار نمی‌شود؛ هیدروژل RAC جلوی جعل را می‌ گیرد

هیدروژل RAC با ایجاد امضای فیزیکی غیرقابل جعل، امنیت میکروچیپ‌ها، ایمپلنت‌ها و دستگاه‌های هوشمند را تضمین می‌کند.

به گزارش تک‌ناک، در جهانی که ایمپلنت‌های جعلی پزشکی، میکروچیپ‌های تقلبی و دستگاه‌های کپی می‌توانند جان انسان‌ها، سرمایه‌ها و حتی امنیت کشورها را به خطر بیندازند، اثبات اصالت یک شیء فیزیکی به معضلی جدی تبدیل شده است. رمزگذاری دیجیتال از داده‌ها محافظت می‌کند، اما زمانی که پای اشیای واقعی به میان می‌آید، کارایی خود را از دست می‌دهد. شماره‌سریال‌ها، بارکدها و هولوگرام‌ها نیز اگر جزئیات ساخت آنها درز کند، به‌سادگی قابل جعل‌ هستند. اکنون گروهی از دانشمندان راهکاری نوین یافته‌اند: استفاده از نوعی هیدروژل رسانا که می‌تواند مانند «امضای فیزیکی غیرقابل‌تکرار» برای هر شیء عمل کند. راز این فناوری در ساختار پنهان این ژل نرم و رسانا نهفته است؛ ساختاری که به سیگنالی قابل‌اندازه‌گیری تبدیل می‌شود و هیچ‌کس نمی‌تواند آن را بازسازی کند.

امنیت خدشه‌ناپذیر هیدروژل RAC

پژوهشگران با بهره‌گیری از فرایندی موسوم به اتصال متقاطع منطقه‌ای (RAC) موفق شدند نوعی هیدروژل رسانا بسازند که از دو پلیمر کلیدی تشکیل شده است: پلی‌پیرول (PPy)، رسانای جریان الکتریسیته و پلی‌استایرن سولفونات (PSS)، که وظیفه انتقال یون‌ها و حفظ انعطاف‌پذیری ژل را بر عهده دارد. در حین شکل‌گیری این ژل، مخلوط حاصل در معرض میدان الکتریکی قرار می‌گیرد. همین فرایند باعث می‌شود که مولکول‌های PPy و PSS به نواحی بسیار ریز تقسیم شوند و هزاران نقطه‌ تماس میکروسکوپی پدید آورند؛ جایی که الکترون‌ها و یون‌ها با یکدیگر در تعامل‌ هستند.

هر یک از این نقاط، رفتار متفاوتی دارد و در مجموع شبکه‌ای سه‌بعدی و فوق‌العاده پیچیده می‌سازد که بازتولید دقیق آن غیرممکن است. این نقاط که با نام پیوندهای انتقال یون–الکترون شناخته می‌شوند، همانند دروازه‌هایی میکروسکوپی برای عبور بار الکتریکی عمل می‌کنند. زمانی که دانشمندان پالس‌های الکتریکی را از درون ژل عبور دادند، پاسخ آن بر اساس الگوی منحصربه‌فرد ساختار داخلی‌ آن شکل گرفت. حتی پس از تکرار هزارباره همان آزمایش، نتایج تقریبا یکسان بود، که نشانه‌ای از دقت و پایداری چشمگیر این فناوری است.

در گزارش پژوهش آمده است: «دستگاه رمزگذاری مبتنی بر هیدروژل RAC توان تولید بیش از ۱۰¹⁹ جفت چالش–پاسخ را دارد، که به‌ مراتب فراتر از استاندارد ۱۰¹⁰ برای سامانه‌های رمزنگاری فیزیکی غیرقابل‌کپی است.»

واکنش‌های الکتریکی این ژل نیز خیره‌کننده‌ هستند: ولتاژ تنها در ۱۳ میلی‌ثانیه به ۹۰ درصد مقدار اوج می‌رسد و در ۴۹ میلی‌ثانیه به ۱۰ درصد کاهش می‌یابد، که نشانه‌ای از انتقال بار فوق‌العاده سریع و کارآمد است. طراحی هیدروژل، فضایی گسترده از حالت‌های ممکن را فراهم کرده است. در یک شبکه‌ ۸×۸ پالس، تعداد الگوهای ورودی ممکن به ۲⁶⁴ حالت می‌رسد، معادل حدود ۱۰ کوینتیلیون ترکیب؛ رقمی که هرگونه پیش‌بینی یا جعل را ناممکن می‌سازد. حتی زمانی که پیشرفته‌ترین الگوریتم‌های یادگیری ماشین، از جمله مدل‌های ترنسفورمر با هزاران داده آموزشی تلاش کردند پاسخ‌های ژل را پیش‌بینی کنند، ناکام ماندند. ساختار درونی پیچیده و غیرخطی این ژل، آن‌چنان پویا و غیرقابل‌ پیش‌بینی است که هیچ مدل محاسباتی قادر به بازسازی رفتار آن نیست.

اهمیت این دستاورد چیست؟

این دستاورد راه تازه‌ای برای احراز هویت امن باز کرده است. هیدروژل RAC همانند اثر انگشت فیزیکی برای هر ماده عمل می‌کند، که ترکیبی از قابلیت بازتولید فوق‌العاده، ظرفیت بی‌نهایت چالش و مقاومت بالا در برابر جعل و کپی‌برداری است.

فناوری یادشده فراتر از حفاظت از میکروچیپ‌ها و ایمپلنت‌های پزشکی است؛ می‌تواند امنیت الکترونیک‌های منعطف، حسگرهای پوشیدنی و بسته‌بندی‌های هوشمند را نیز تضمین کند. مواد به‌کار رفته — پلی‌پیرول (PPy)، پلی‌استایرن سولفونات (PSS) و حلال‌های ساده — کم‌هزینه‌ هستند و فرایند ساخت تنها به کنترل ولتاژ و الگوگذاری با لیزر نیاز دارد، بنابراین تولید انبوه آن کاملا عملی است. با وجود این، فناوری هنوز در مراحل اولیه قرار دارد.

اگرچه هیدروژل در برابر حملات مقاوم است، شرایط شدید محیطی یا استفاده طولانی‌مدت ممکن است عملکرد آن را محدود کند و آزمایش‌های عملی در صنایع مختلف ضروری خواهد بود. تیم پژوهشی برنامه دارد که هیدروژل‌ها را به‌ طور مستقیم در محصولات تعبیه کند، پایداری آنها را افزایش و ظرفیت تولید را گسترش دهد. چشم‌انداز آینده، اشیایی است که امضای غیرقابل جعل خود را با خود دارند؛ لایه‌ای از اعتماد که در ساختار مولکولی خود شیء تعبیه شده است و امنیتی بی‌سابقه فراهم می‌آورد.

توضیحات بیشتر در مجله Advanced Materials موجود است.