Ученый Андрей Нуйкин — о чипах для электронных билетов, метках для шуб и цифровой экономике
09.10.2017
Лауреат премии Правительства Москвы молодым ученым 2016 года Андрей Нуйкин рассказал о микросхемах для электронных билетов и биометрических паспортов, о самом чистом в мире производстве и национальной безопасности.
Даже далекие от науки люди хоть раз держали в руках электронный билет для проезда в общественном транспорте, банковскую карту или биометрический загранпаспорт. Что их объединяет? Микросхемы, которые создали в особой экономической зоне в Зеленограде. За эту работу Андрей Нуйкин, заместитель начальника отдела разработки интегральных схем предприятия «Микрон», получил премию Правительства Москвы. Сейчас идет прием заявок на получение премии Правительства Москвы молодым ученым 2017 года. Андрей Нуйкин рассказал mos.ru, как защищают информацию в биометрических паспортах и можно ли взломать проездные билеты.
— Расскажите о разработке, за которую вы получили премию.
— Это целый комплекс микросхем, которые у нас используются как в транспортных билетах, так и в более продвинутых смарт-картах: электронных медицинских полисах, банковских картах, электронных паспортах нового поколения. Основная разработка — группа кристаллов для транспортных приложений, систем доступа, маркировки различных товаров. Если мы возьмем любую отечественную бесконтактную карту, то с вероятностью 80–90 процентов в ней будет стоять наш, российский кристалл. На текущий момент нами разработана серия радиочастотных микросхем, состоящая из 15–20 изделий различного применения.
Я приносил документы три года подряд, поэтому для меня премия стала большой неожиданностью, тем более что известие о ее присуждении практически совпало с рождением в нашей семье третьего ребенка. Я очень благодарен экспертам, которые оценили мой проект, и всем тем, кто помогал в работе над ним. Любая разработка, даже самая небольшая, — труд не одного человека, а целого коллектива. Победа в конкурсе — это в первую очередь подтверждение наших достижений. (Заявку на премию 2017 года можно подать в Департамент науки, промышленной политики и предпринимательства Москвы в Вознесенском переулке, дом 22. Список документов опубликован на сайте молодыеученые.рф. — Прим. mos.ru.)
Последние шесть-семь лет практически все электронные билеты в метро и наземном транспорте Москвы выпускаются на базе нашего кристалла
— Почему вы выбрали именно эту разработку для участия в конкурсе?
— Я уже больше 10 лет этим занимаюсь. В 1998 году Московский метрополитен начал переходить с жетонов, магнитных билетов на бесконтактные карты, которыми мы сейчас пользуемся. Тогда наше предприятие выиграло конкурс на производство этих карт. Изначально все это делалось на зарубежной элементной базе, а потом перед нами поставили задачу выпускать все на собственных мощностях. И мы в течение двух-трех лет спроектировали самый первый кристалл, который потом с успехом заменил зарубежные. Последние шесть-семь лет, а может и больше, практически все билеты выпускаются на базе нашего кристалла.
— Как эти кристаллы работают?
— К кристаллу микрочипа подсоединена антенна. Когда вы его прислоняете к терминалу в метро, от него через антенну поступает энергия. У кристалла есть радиочастотный интерфейс, логическая часть, которая может обрабатывать команды и отвечать терминалу, и область памяти. В области памяти хранится информация, которую использует оператор перевозок: дата, время действия билетов, сколько поездок записано или сколько денег осталось. Эти данные считываются с самого кристалла с помощью радиочастотного интерфейса.
Когда вы билет уберете от терминала, энергия пропадет, но он может в течение пяти — десяти лет хранить информацию, и ее можно в любой момент считать. То есть микрочип — это хранилище информации о денежных средствах, поездках, маркировке товаров.
Разработанная система оплаты проезда в метрополитене обладает высоким уровнем защиты от подделок — ее практически невозможно взломать
Чем такое решение на базе кристаллов хорошо, почему оно повсеместно вытесняет магнитные карты и тем более штрихкоды? Кристаллы очень сложно подделать. Для этого надо иметь доступ к базе данных метрополитена, к их секретным ключам. То есть так просто человек с улицы практически не может воспроизвести билеты. И даже если он это сделает, в течение нескольких часов билет просто заблокируется системой.
Это главные преимущества микрочипов с кристаллами: они могут хранить информацию, которая может быть перезаписана, они обладают очень высоким уровнем секретности. Так, например кристаллы для банковских карт взломать практически невозможно. Как правило, такие защищенные карты практически не взламываются, а взламывается только та система, в рамках которой карта работает.
— Cмарт-карты используют для банковских приложений и в составе биометрических паспортов. Как защищают персональную информацию?
— В биометрических паспортах очень серьезный уровень защиты кристалла. В самом кристалле реализована поддержка различных криптографических алгоритмов на аппаратном уровне. Есть специальные секретные ключи, с помощью которых только тот, кто имеет такие ключи, может считать эту информацию.
Теоретически все возможно взломать, в мире существуют всего несколько специализированных лабораторий, которые оценивают взломостойкость таких кристаллов. У нас есть международный сертификат на кристаллы для смарт-карт, который подтверждает высокий уровень встроенной защиты. Без наличия такого сертификата мы бы не смогли поставлять их для банковских карт.
Сегодня банковские кристаллы — одни из самых, если не самые защищенные из тех, что вообще существуют в электронной промышленности. Они защищены как на аппаратном, так и на программном уровне. И поэтому злоумышленник, у которого нет специализированного оборудования стоимостью несколько сотен, а то и миллионов долларов, просто не сможет извлечь секретные ключи, которые хранят на банковской карте.
У нас один из самых маленьких в мире кристаллов для транспортных приложений
— В чем отличие ваших кристаллов от других российских и зарубежных?
— В России аналогов не существует. На Западе есть более современные технологии и более современные кристаллы, но именно те, что мы разрабатываем для транспортных приложений, по всем характеристикам сопоставимы с зарубежными, а некоторые даже и выигрывают по своей стоимости. У нас один из самых маленьких в мире кристаллов для транспортных приложений.
— За рубежом покупают ваши разработки?
— Да, хотя этот рынок массовый, там очень большая конкуренция, в том числе и в Китае, и в Америке, потому что многие страны лоббируют своих производителей. Тем не менее наш кристалл довольно успешно продавали и в Соединенных Штатах, и в Восточной и Юго-Восточной Азии — Китае, Корее. Конечно, объем поставок не такой массовый, как в России, но и за рубежом мы тоже можем конкурировать по стоимости и по функциональным параметрам. Международные сертификаты для таких продаж у нас имеются. Это основное требование наших зарубежных партнеров, поэтому мы исследуем и сертифицируем кристаллы, которые поставляем на массовый рынок, в австрийской лаборатории.
— Как делают микросхемы для электронных билетов?
— Это очень сложный процесс. Во-первых, это самое чистое производство, которое существует в мире, — кремниевое.
Есть подложка диаметром примерно 200 миллиметров, на ней выращивается структура, которая состоит из 30–40 различных слоев. Так в кремниевой подложке мы формируем активные структуры транзисторов, пассивных элементов резисторов, диодов. В верхних слоях металла выполняется соединение элементов между собой. Маленький кристалл транспортного билета содержит примерно несколько десятков тысяч элементов, в основном транзисторов.
Наш кристалл успешно продавали в Соединенных Штатах, Китае, Корее
В кристалле для смарт-карты активных элементов уже несколько миллионов. Если сравнивать кристалл для транспортных приложений и тот, что стоит в заграничных паспортах, последний будет занимать значительно больше места на кремниевой пластине. Соотношение площадей этих кристаллов примерно один к 50. Кристаллы для смарт-карт содержат большой объем энергонезависимой памяти, у них есть своя операционная система. Эта микропроцессорная карта, содержащая специальные криптоблоки, хранит в себе всю защищенную информацию и выдает ее по защищенным каналам связи наружу.
Наши кристаллы пока единственные получили статус интегральной схемы российского производства первого уровня
— Минпромторг России подтвердил статус интегральной схемы российского производства первого уровня для микросхемы, которая используется в банковской карте «Мир». Что это значит?
— Это значит, что микросхема полностью разработана в России, вся конструкторско-технологическая документация есть в нашей стране, она полностью произведена на российском оборудовании. Но речь не только о кристалле для карты «Мир». Насколько я знаю, практически все кристаллы, которые мы выпустили за последние два года в массовое производство, получили этот статус. Наши кристаллы пока единственные, которые прошли такую сертификацию. Это даже не один кристалл для банковской карты «Мир», а все транспортные кристаллы, которые сейчас используются, в том числе в метро.
— В чем значение таких разработок для национальной безопасности?
— Если говорить о смарт-карте, то они защищают все наши платежные системы, идентификационные документы. Когда мы работаем на основе зарубежных кристаллов, зарубежной криптографии, мы не знаем, какие недокументированные возможности внес разработчик или специальные службы. А в 90–100 процентах случаев эти недокументированные возможности существуют во всех кристаллах. В один прекрасный момент может оказаться так, что кристаллы откажутся работать или что-то другое произойдет, а мы о такой возможности не знаем.
Поэтому основное требование сейчас: все кристаллы, которые используются для государственных нужд или в системах безопасности, обязательно должны быть разработаны с использованием отечественных криптоалгоритмов. И мы одна из немногих компаний, кто на аппаратном уровне, то есть на уровне кристалла, реализует это требование. Все остальные вынуждены делать это программными средствами, которые, во-первых, медленнее обрабатывают информацию, а во-вторых, гораздо более уязвимы к вскрытию ключей.
— Над каким проектом вы сейчас работаете?
— У нас сейчас достаточно серьезный проект. Премия была вручена за кристаллы ближнего радиуса действия с расстоянием считывания до 10 сантиметров. Два года назад в России стартовал проект по созданию кристаллов для высокочастотных меток (UHF-диапазона). Радиус считывания у них до 15–30 метров. И первый массовый в России проект, который внедрили на государственном уровне на базе таких меток, — это маркировка шуб. Кристаллы для таких меток существенно сложнее в плане разработки по сравнению с обычными HF-кристаллами.
Высокочастотные метки оптимизируют процессы логистики и инвентаризации
На Западе сейчас идут по тому пути, чтобы все штрихкоды на товарах заменить на такие высокочастотные метки, которые могут хранить информацию. Это делается в первую очередь для оптимизации процессов логистики и инвентаризации. Имея один считыватель в руках, продавец или владелец может провести инвентаризацию всех товаров, например, за 10 минут, просто проходя по магазину. Классическая схема инвентаризации предполагает, что магазин раз в неделю или раз в месяц закрывается на целый день и все продавцы считают, сколько у них товара на полке, сколько не хватает. А сейчас коробка, в которой сто или тысяча рубашек или джинсов, проезжает на складе через специальное устройство — и оно считывает метки на всех товарах. Это происходит автоматически.
— Почему именно шубы?
— Это уникальный для России товар. Так уж исторически сложилось, что у нас много импортируется шуб и много поставляется изделий из меха за рубеж. После введения обязательной идентификации всех меховых изделий оказалось, что официально их начали провозить через таможню, если не ошибаюсь, в семь — девять раз больше. Весь серый импорт практически исчез.
И сейчас есть идея распространить эти решения на промышленные товары, лекарства, алкоголь, с которых собираются достаточно серьезные акцизы. Стоимость этой метки год от года снижается, но пока она высокая. Я думаю, что лет через десять — двадцать стоимость этих меток упадет настолько (и об этом говорят все западные эксперты), что они просто заменят штрихкод для большинства товаров.
Российские города постепенно переходят на метки радиочастотной идентификации, которые используют и в документах, и в транспортных картах. Медицинские полисы уже выдают в виде электронных карт. Вместо общегражданского паспорта тоже должны ввести электронное удостоверение. Проект стартовал, и через пять — десять лет у нас вместо привычных бумажных паспортов будут электронные карточки. Постепенно весь документооборот становится электронным. Такая система более защищена и позволяет автоматизировать весь процесс. Электронные документы, метки для маркировки — это всё элементы цифровой экономики нашего будущего, о которой в последнее время так много говорится на самом высоком уровне исполнительной власти.
Источник: https://www.mos.ru/news/item/30506073/
Даже далекие от науки люди хоть раз держали в руках электронный билет для проезда в общественном транспорте, банковскую карту или биометрический загранпаспорт. Что их объединяет? Микросхемы, которые создали в особой экономической зоне в Зеленограде. За эту работу Андрей Нуйкин, заместитель начальника отдела разработки интегральных схем предприятия «Микрон», получил премию Правительства Москвы. Сейчас идет прием заявок на получение премии Правительства Москвы молодым ученым 2017 года. Андрей Нуйкин рассказал mos.ru, как защищают информацию в биометрических паспортах и можно ли взломать проездные билеты.
— Расскажите о разработке, за которую вы получили премию.
— Это целый комплекс микросхем, которые у нас используются как в транспортных билетах, так и в более продвинутых смарт-картах: электронных медицинских полисах, банковских картах, электронных паспортах нового поколения. Основная разработка — группа кристаллов для транспортных приложений, систем доступа, маркировки различных товаров. Если мы возьмем любую отечественную бесконтактную карту, то с вероятностью 80–90 процентов в ней будет стоять наш, российский кристалл. На текущий момент нами разработана серия радиочастотных микросхем, состоящая из 15–20 изделий различного применения.
Я приносил документы три года подряд, поэтому для меня премия стала большой неожиданностью, тем более что известие о ее присуждении практически совпало с рождением в нашей семье третьего ребенка. Я очень благодарен экспертам, которые оценили мой проект, и всем тем, кто помогал в работе над ним. Любая разработка, даже самая небольшая, — труд не одного человека, а целого коллектива. Победа в конкурсе — это в первую очередь подтверждение наших достижений. (Заявку на премию 2017 года можно подать в Департамент науки, промышленной политики и предпринимательства Москвы в Вознесенском переулке, дом 22. Список документов опубликован на сайте молодыеученые.рф. — Прим. mos.ru.)
Последние шесть-семь лет практически все электронные билеты в метро и наземном транспорте Москвы выпускаются на базе нашего кристалла
— Почему вы выбрали именно эту разработку для участия в конкурсе?
— Я уже больше 10 лет этим занимаюсь. В 1998 году Московский метрополитен начал переходить с жетонов, магнитных билетов на бесконтактные карты, которыми мы сейчас пользуемся. Тогда наше предприятие выиграло конкурс на производство этих карт. Изначально все это делалось на зарубежной элементной базе, а потом перед нами поставили задачу выпускать все на собственных мощностях. И мы в течение двух-трех лет спроектировали самый первый кристалл, который потом с успехом заменил зарубежные. Последние шесть-семь лет, а может и больше, практически все билеты выпускаются на базе нашего кристалла.
— Как эти кристаллы работают?
— К кристаллу микрочипа подсоединена антенна. Когда вы его прислоняете к терминалу в метро, от него через антенну поступает энергия. У кристалла есть радиочастотный интерфейс, логическая часть, которая может обрабатывать команды и отвечать терминалу, и область памяти. В области памяти хранится информация, которую использует оператор перевозок: дата, время действия билетов, сколько поездок записано или сколько денег осталось. Эти данные считываются с самого кристалла с помощью радиочастотного интерфейса.
Когда вы билет уберете от терминала, энергия пропадет, но он может в течение пяти — десяти лет хранить информацию, и ее можно в любой момент считать. То есть микрочип — это хранилище информации о денежных средствах, поездках, маркировке товаров.
Разработанная система оплаты проезда в метрополитене обладает высоким уровнем защиты от подделок — ее практически невозможно взломать
Чем такое решение на базе кристаллов хорошо, почему оно повсеместно вытесняет магнитные карты и тем более штрихкоды? Кристаллы очень сложно подделать. Для этого надо иметь доступ к базе данных метрополитена, к их секретным ключам. То есть так просто человек с улицы практически не может воспроизвести билеты. И даже если он это сделает, в течение нескольких часов билет просто заблокируется системой.
Это главные преимущества микрочипов с кристаллами: они могут хранить информацию, которая может быть перезаписана, они обладают очень высоким уровнем секретности. Так, например кристаллы для банковских карт взломать практически невозможно. Как правило, такие защищенные карты практически не взламываются, а взламывается только та система, в рамках которой карта работает.
— Cмарт-карты используют для банковских приложений и в составе биометрических паспортов. Как защищают персональную информацию?
— В биометрических паспортах очень серьезный уровень защиты кристалла. В самом кристалле реализована поддержка различных криптографических алгоритмов на аппаратном уровне. Есть специальные секретные ключи, с помощью которых только тот, кто имеет такие ключи, может считать эту информацию.
Теоретически все возможно взломать, в мире существуют всего несколько специализированных лабораторий, которые оценивают взломостойкость таких кристаллов. У нас есть международный сертификат на кристаллы для смарт-карт, который подтверждает высокий уровень встроенной защиты. Без наличия такого сертификата мы бы не смогли поставлять их для банковских карт.
Сегодня банковские кристаллы — одни из самых, если не самые защищенные из тех, что вообще существуют в электронной промышленности. Они защищены как на аппаратном, так и на программном уровне. И поэтому злоумышленник, у которого нет специализированного оборудования стоимостью несколько сотен, а то и миллионов долларов, просто не сможет извлечь секретные ключи, которые хранят на банковской карте.
У нас один из самых маленьких в мире кристаллов для транспортных приложений
— В чем отличие ваших кристаллов от других российских и зарубежных?
— В России аналогов не существует. На Западе есть более современные технологии и более современные кристаллы, но именно те, что мы разрабатываем для транспортных приложений, по всем характеристикам сопоставимы с зарубежными, а некоторые даже и выигрывают по своей стоимости. У нас один из самых маленьких в мире кристаллов для транспортных приложений.
— За рубежом покупают ваши разработки?
— Да, хотя этот рынок массовый, там очень большая конкуренция, в том числе и в Китае, и в Америке, потому что многие страны лоббируют своих производителей. Тем не менее наш кристалл довольно успешно продавали и в Соединенных Штатах, и в Восточной и Юго-Восточной Азии — Китае, Корее. Конечно, объем поставок не такой массовый, как в России, но и за рубежом мы тоже можем конкурировать по стоимости и по функциональным параметрам. Международные сертификаты для таких продаж у нас имеются. Это основное требование наших зарубежных партнеров, поэтому мы исследуем и сертифицируем кристаллы, которые поставляем на массовый рынок, в австрийской лаборатории.
— Как делают микросхемы для электронных билетов?
— Это очень сложный процесс. Во-первых, это самое чистое производство, которое существует в мире, — кремниевое.
Есть подложка диаметром примерно 200 миллиметров, на ней выращивается структура, которая состоит из 30–40 различных слоев. Так в кремниевой подложке мы формируем активные структуры транзисторов, пассивных элементов резисторов, диодов. В верхних слоях металла выполняется соединение элементов между собой. Маленький кристалл транспортного билета содержит примерно несколько десятков тысяч элементов, в основном транзисторов.
Наш кристалл успешно продавали в Соединенных Штатах, Китае, Корее
В кристалле для смарт-карты активных элементов уже несколько миллионов. Если сравнивать кристалл для транспортных приложений и тот, что стоит в заграничных паспортах, последний будет занимать значительно больше места на кремниевой пластине. Соотношение площадей этих кристаллов примерно один к 50. Кристаллы для смарт-карт содержат большой объем энергонезависимой памяти, у них есть своя операционная система. Эта микропроцессорная карта, содержащая специальные криптоблоки, хранит в себе всю защищенную информацию и выдает ее по защищенным каналам связи наружу.
Наши кристаллы пока единственные получили статус интегральной схемы российского производства первого уровня
— Минпромторг России подтвердил статус интегральной схемы российского производства первого уровня для микросхемы, которая используется в банковской карте «Мир». Что это значит?
— Это значит, что микросхема полностью разработана в России, вся конструкторско-технологическая документация есть в нашей стране, она полностью произведена на российском оборудовании. Но речь не только о кристалле для карты «Мир». Насколько я знаю, практически все кристаллы, которые мы выпустили за последние два года в массовое производство, получили этот статус. Наши кристаллы пока единственные, которые прошли такую сертификацию. Это даже не один кристалл для банковской карты «Мир», а все транспортные кристаллы, которые сейчас используются, в том числе в метро.
— В чем значение таких разработок для национальной безопасности?
— Если говорить о смарт-карте, то они защищают все наши платежные системы, идентификационные документы. Когда мы работаем на основе зарубежных кристаллов, зарубежной криптографии, мы не знаем, какие недокументированные возможности внес разработчик или специальные службы. А в 90–100 процентах случаев эти недокументированные возможности существуют во всех кристаллах. В один прекрасный момент может оказаться так, что кристаллы откажутся работать или что-то другое произойдет, а мы о такой возможности не знаем.
Поэтому основное требование сейчас: все кристаллы, которые используются для государственных нужд или в системах безопасности, обязательно должны быть разработаны с использованием отечественных криптоалгоритмов. И мы одна из немногих компаний, кто на аппаратном уровне, то есть на уровне кристалла, реализует это требование. Все остальные вынуждены делать это программными средствами, которые, во-первых, медленнее обрабатывают информацию, а во-вторых, гораздо более уязвимы к вскрытию ключей.
— Над каким проектом вы сейчас работаете?
— У нас сейчас достаточно серьезный проект. Премия была вручена за кристаллы ближнего радиуса действия с расстоянием считывания до 10 сантиметров. Два года назад в России стартовал проект по созданию кристаллов для высокочастотных меток (UHF-диапазона). Радиус считывания у них до 15–30 метров. И первый массовый в России проект, который внедрили на государственном уровне на базе таких меток, — это маркировка шуб. Кристаллы для таких меток существенно сложнее в плане разработки по сравнению с обычными HF-кристаллами.
Высокочастотные метки оптимизируют процессы логистики и инвентаризации
На Западе сейчас идут по тому пути, чтобы все штрихкоды на товарах заменить на такие высокочастотные метки, которые могут хранить информацию. Это делается в первую очередь для оптимизации процессов логистики и инвентаризации. Имея один считыватель в руках, продавец или владелец может провести инвентаризацию всех товаров, например, за 10 минут, просто проходя по магазину. Классическая схема инвентаризации предполагает, что магазин раз в неделю или раз в месяц закрывается на целый день и все продавцы считают, сколько у них товара на полке, сколько не хватает. А сейчас коробка, в которой сто или тысяча рубашек или джинсов, проезжает на складе через специальное устройство — и оно считывает метки на всех товарах. Это происходит автоматически.
— Почему именно шубы?
— Это уникальный для России товар. Так уж исторически сложилось, что у нас много импортируется шуб и много поставляется изделий из меха за рубеж. После введения обязательной идентификации всех меховых изделий оказалось, что официально их начали провозить через таможню, если не ошибаюсь, в семь — девять раз больше. Весь серый импорт практически исчез.
Через десять — двадцать лет высокочастотные метки заменят штрихкод
И сейчас есть идея распространить эти решения на промышленные товары, лекарства, алкоголь, с которых собираются достаточно серьезные акцизы. Стоимость этой метки год от года снижается, но пока она высокая. Я думаю, что лет через десять — двадцать стоимость этих меток упадет настолько (и об этом говорят все западные эксперты), что они просто заменят штрихкод для большинства товаров.
Российские города постепенно переходят на метки радиочастотной идентификации, которые используют и в документах, и в транспортных картах. Медицинские полисы уже выдают в виде электронных карт. Вместо общегражданского паспорта тоже должны ввести электронное удостоверение. Проект стартовал, и через пять — десять лет у нас вместо привычных бумажных паспортов будут электронные карточки. Постепенно весь документооборот становится электронным. Такая система более защищена и позволяет автоматизировать весь процесс. Электронные документы, метки для маркировки — это всё элементы цифровой экономики нашего будущего, о которой в последнее время так много говорится на самом высоком уровне исполнительной власти.
Источник: https://www.mos.ru/news/item/30506073/