多年来,五角大楼一直知道其为导弹制导和卫星系统购买的大量更换零件中含有不合格的假冒微芯片。但是,要找到这些假货——因为它们会通过复杂的全球制造、组装和零件分销供应链——就像大海捞针(完全由其他针组成)一样困难。军方估计,其武器、车辆和其他设备的备件和更换零件中,高达15% 是假冒的,这使得它们容易出现危险的故障。
假冒微芯片——尤其是集成电路——已经出现在美国导弹防御局任务计算机(pdf)、舰载航空天线设备和直升机夜视系统的更换零件中。仅在 2007 年 11 月至 2010 年 5 月期间,美国海关官员就查获了 560 万枚 运往军事承包商和商业航空业的假冒微芯片,此后问题日益严重。
鉴于集成电路是军方如此多技术的大脑——即使一个失效也可能导致严重的问题——美国国防部的研究部门已经发起了针对造假者的反击。其国防高级研究计划局 (DARPA) 目前正在领导一项工作,以创建称为“dielets”的微观识别标签,合法的芯片制造商可以在组装时将其植入其电路中。 dielets(DARPA 也称之为“chiplets”)将使将这些微芯片安装在电路板和其他组件中的公司能够检查集成电路是否被更改或替换为假冒产品。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
由这些零件引起的灾难性故障的报告很难找到,但官员们显然很担心。 2015 年 12 月,联邦特工逮捕了三名中国公民,罪名包括向一名卧底特工出售 45 个假冒英特尔微芯片,据了解这些芯片将运往美国海军用于潜艇项目。被捕者之一——蒋光厚彦——还要求这名卧底特工为他弄到 22 个军用级赛灵思公司微芯片——每个价值 3700 美元——非法出口到中国。“军用级”意味着电气元件专门设计用于承受长时间的极端温度和辐射暴露。当特工告知闫他们必须从美国海军基地偷窃时,闫提出提供假货来掩盖犯罪行为,以取代被盗的芯片。
“如果 [这些假冒芯片] 被安装在导弹的制导系统中,这种导弹要么根本无法工作,要么很可能无法到达预定目标,并且很可能会击中完全非预期的目的地,”美国空军研究实验室高级工程师基思·艾弗里 (Keith Avery) 在一份宣誓书中作证,该宣誓书用于确定 2016 年 6 月被定罪的造假者的刑期。
DARPA 作为其电子防御供应链硬件(SHIELD)计划的一部分开发的 dielets 本质上是嵌入在每个集成电路中的微观标签。集成电路由大量晶体管和其他微小的电气元件组成,这些元件排列成执行特定任务(例如,信号切换或放大),并封装成一个插入用于控制特定电子设备的更大电路板的芯片。根据 DARPA 的计划,集成电路的制造商会将 dielet 固定在封装集成电路的外壳内。每个 chiplet 本身将具有多达 100,000 个晶体管,并包括一个双向无线电、数据加密引擎和检测篡改的方法——所有这些的功耗均低于 50 微瓦(百万分之 50 瓦),且每个成本低于一美分。
每个 dielet 上的识别信息将使用插入智能手机的笔形探头读取。 dielet 不会包含自己的电源,而是由探头电感供电,当置于芯片的半毫米内时,探头会通过射频信号进行通信。探头会将加密信息传递给智能手机上的应用程序,然后该应用程序将通过互联网连接到数据库以确认 dielet 的序列号。它还会读取 dielet 的 GPS 位置,以确保芯片位于其应在的位置,并检查其他独特特征。如果探头没有响应,或者芯片的数据与存储在集成电路库存数据库中的数据(以及可能安装它的任何设备)不一致,则会将电路放在一边以供进一步检查。
为了防止造假者轻易发现这些植入物,它们的厚度约为 10 微米,每边不大于 100 微米——大致相当于一美分硬币“背面”描绘的林肯纪念馆雕像上的头部大小,根据 DARPA 的说法。 dielets 的微小尺寸有助于它们满足 DARPA 的多项要求——例如,它们应该太脆弱,无法从其集成电路中移除(进行逆向工程和自身伪造)而不会损坏。
集成电路尤其难以防范伪造,因为它们可能来自海外制造商,并且在洛克希德·马丁公司或波音公司等大型军事供应商将其嵌入其出售给美国政府的技术之前,会被多个分包商转售。全球供应链的增长使电子产品制造商能够利用中国、日本、新加坡、韩国和台湾等成本较低的供应商,事实证明这很难监管。来自美国的电子垃圾是假冒集成电路的另一个主要贡献者,因为在某些国家/地区丢弃的计算机报废电路板通常会被拆卸、翻新、重新贴标、重新包装并作为新的产品转售给电子产品制造商。
DARPA 微系统技术办公室项目经理兼负责 dielet 开发的四年期 5000 万美元 SHIELD 计划负责人克里·伯恩斯坦说:“事情的结果是,我们对我们使用的系统的真实性和完整性没有太多控制权。”。“乍一看,假冒问题似乎是棘手的。”
前总统巴拉克·奥巴马在 2011 年末签署了《国防授权法》,要求国防部长制定一项计划以减少军方使用假冒零件的行为,从而加强了打击假冒的力度。此后,国防部一直在测试和使用掺有植物 DNA 的特殊墨水,以唯一地标记和随后识别其供应链中的电子元件。
DARPA 发起了 SHIELD 作为一种更复杂的方法,可以立即识别假冒电气元件。该机构正在管理开发工作,但大部分工作由诺斯罗普·格鲁曼任务系统公司、SRI 国际公司和许多分包商完成。 dielets 的微观尺寸降低了它们的成本,因为可以从单个硅片制造数百万个 dielets。伯恩斯坦说,诺斯罗普和 SRI 已经向 DARPA 展示了符合大多数 SHIELD 标准的原型 dielets。五角大楼计划到 2019 年通过将这些芯片 ID 标签插入测试供应链中来测试它们的价值——这是军方在打击造假者和潜在地将他们的工作人员和公众置于危险之中的假冒产品方面进行的下一轮攻击。