Sicurezza, l’Idrogel che beffa l’IA e rende (forse) impossibile la contraffazione

In un mondo ossessionato dalla sicurezza digitale, dove la crittografia protegge i nostri dati, rimane un problema antico e tremendamente “analogico“: l’autenticazione degli oggetti fisici. Non parliamo solo di borse di lusso. Parliamo di microchip contraffatti che finiscono nei sistemi di difesa, o di impianti medici falsi che mettono a rischio vite umane. È un problema di sicurezza nazionale ed economico enorme.

Le soluzioni attuali – numeri di serie, codici a barre, persino ologrammi complessi – hanno un difetto fondamentale: se qualcuno conosce i dettagli di fabbricazione, possono essere copiati.

Ora, un team di scienziati ha sviluppato una soluzione che sembra uscita dalla fantascienza: un idrogel conduttivo la cui struttura interna agisce come un’impronta digitale molecolare unica e, a quanto pare, impossibile da clonare.

La “Magia” sta nella caos organizzato

Il segreto non è il gel in sé, ma come viene creato. Utilizzando un processo chiamato regional assembly crosslinking (RAC), i ricercatori prendono due polimeri comuni ed economici (polipirrolo PPy e polistirene solfonato PSS) e li espongono a un campo elettrico durante la formazione.

Questo campo costringe i polimeri a separarsi in micro-regioni, creando una rete 3D casuale e caotica di migliaia di “giunzioni di trasduzione ione-elettrone”. In pratica, si forma un labirinto microscopico unico per quel specifico campione di gel. La parte interessante? Nemmeno gli scienziati che lo hanno creato potrebbero produrne un altro identico.

Progetto concettuale di una primitiva crittografica fisica non clonabile basata su idrogel per l’autenticazione. Transizione dal cross-linking uniforme al cross-linking regionale (RAC) tramite ingegneria di fase per costruire un idrogel di polipirrolo (PPy) drogato con polistirene solfonato (PSS), formando giunzioni di trasduzione ione-elettrone. Questa rete topologica unica consente una trasformazione del segnale che prevede tre fasi: conversione dei dati grezzi in una curva di sfida, elaborazione tramite RAC-Gel per formare una curva di risposta non lineare e autenticazione dell’output tramite analisi di similarità. (Immagine: riprodotta con il permesso di Wiley-VCH Verlag)

Questo labirinto agisce come una Funzione Fisica Non Clonabile (PUF, Physical Unclonable Function).

Come funziona? L’impronta digitale elettrica

Il concetto è sorprendentemente elegante. Per autenticare l’oggetto, si invia un impulso elettrico (una “sfida”) attraverso il gel. L’impulso viaggia attraverso quella rete 3D unica e caotica, producendo un segnale elettrico in uscita (la “risposta”) che è unico per quel gel.

Il sistema si è dimostrato non solo unico, ma anche estremamente affidabile: ripetendo la stessa “sfida” mille volte, il gel ha prodotto una risposta quasi identica.

Ma è sulla sicurezza che i numeri diventano impressionanti. Per un sistema robusto, la crittografia richiede circa 10¹⁰ (10 miliardi) di possibili coppie sfida-risposta. Questo idrogel ne genera oltre 10¹⁹ (dieci miliardi di miliardi).Non solo:

• È Veloce: La risposta elettrica è quasi istantanea (raggiunge il 90% del picco in 13 millisecondi).
• È a prova di IA (per ora): I ricercatori hanno sguinzagliato sul sistema i più sofisticati algoritmi di machine learning, inclusi i Transformer (la stessa architettura dietro molte IA generative), per cercare di prevedere le risposte. Hanno fallito. La dinamica interna del gel è così non lineare e imprevedibile che le IA non sono riuscite a modellarla.

Cosa significa per l’economia e la sicurezza

Questo idrogel agisce come una vera e propria “impronta digitale” fisica per i materiali. Le implicazioni sono enormi:

• Filiere (Supply Chain): Si potrebbero marcare i microchip per garantire che non siano cloni o scarti reimmessi sul mercato.
• Sicurezza Sanitaria: Impianti medici, farmaci e dispositivi potrebbero avere un sigillo di autenticità molecolare.
• Elettronica Flessibile: Potrebbe essere integrato in sensori indossabili e packaging intelligenti.

La parte migliore, in un’ottica di produzione industriale, è che la tecnologia non sembra proibitiva. I materiali (PPy e PSS) sono economici e la fabbricazione richiede un controllo della tensione e un laser, tecnologie già ampiamente disponibili.

Certo, la tecnologia è ancora in fase iniziale. Bisognerà testare la resistenza all’usura a lungo termine e in condizioni estreme. Ma l’idea di dare a ogni oggetto una firma molecolare inviolabile aggiunge uno strato di fiducia che, letteralmente, è costruito nella sua stessa struttura.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Advanced Materials.

Domande e Risposte (Q&A)

1) In cosa è diverso questo idrogel da un codice QR o un ologramma? La differenza è fondamentale. Un codice QR o un ologramma sono identificatori visivi o ottici. Sebbene complessi, possono essere scansionati, replicati e ristampati su un altro oggetto. L’idrogel è invece un identificatore fisico e dinamico. La sua unicità non risiede in un’immagine, ma nella sua caotica struttura molecolare 3D. Non puoi “copiarlo” più di quanto potresti copiare l’esatta disposizione degli atomi in un fiocco di neve. Si autentica tramite una “conversazione” elettrica (sfida-risposta), non tramite una scansione passiva.

2) Perché l’Intelligenza Artificiale non riesce a “craccarlo”? L’IA, specialmente il machine learning, eccelle nel trovare schemi (pattern) anche in sistemi molto complessi. Tuttavia, la rete di giunzioni creata nell’idrogel è caotica e non lineare. Ciò significa che una piccola variazione nell’input (la sfida elettrica) può produrre una variazione nell’output (la risposta) che non segue uno schema prevedibile. L’IA non riesce a costruire un modello matematico affidabile per “indovinare” la risposta, anche dopo aver analizzato migliaia di esempi, perché la complessità fisica del sistema supera la sua capacità di calcolo previsionale.

3) Quando vedremo questa tecnologia e quanto costerà? Siamo ancora in una fase iniziale di ricerca (laboratorio). Sebbene lo studio dimostri che il concetto è valido (proof-of-concept), sono necessari ulteriori test nel mondo reale per valutarne la durata, la stabilità in diverse temperature e l’integrazione nei processi industriali. La buona notizia è che i materiali di base (polimeri PPy e PSS e solventi) sono economici e la fabbricazione non richiede macchinari esotici. Sebbene sia presto per una data, la sua fattibilità economica sembra promettente per una produzione su larga scala.

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