L'impression 3D moderne, également appelée fabrication additive, est le procédé de création d'un objet solide en trois dimensions, de forme quasi illimitée, à partir d'un modèle 3D ou d'autres données électroniques. Cette méthode de fabrication additive consiste à ajouter de la matière à un objet, couche par couche, pour créer le produit final (Figure 1). Compte tenu de la croissance fulgurante de l'impression 3D et de la diversité des méthodes existantes, tout porte à croire que l'impression 3D est, ou devrait être, considérée comme une technologie de pointe. Dès lors, affirmer que l'impression 3D va révolutionner le monde n'est en aucun cas exagéré.
La technologie d'impression 3D a évolué pour créer des modèles et des prototypes 3D dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, du médical et de la consommation. Les passionnés estiment que ces modèles 3D pourraient aider les entreprises à mener à bien leurs projets plus rapidement et/ou avec moins de ressources. Par conséquent, l'impression 3D connaît une croissance rapide, entraînant une transition radicale du prototypage rapide à la fabrication rapide. Il s'agit, en effet, d'une technologie de pointe.
Pour les fournisseurs de ce secteur, l'objectif est d'installer une imprimante 3D dans chaque foyer. Bien que son prix dépasse souvent les 2 000 $, certaines imprimantes 3D sont proposées à moins de 1 000 $. Beaucoup considèrent ce marché comme étant en pleine expansion, mais encore à ses débuts. Canalys, un cabinet d'études de marché indépendant, prévoit que la taille globale du marché de l'impression 3D (incluant les ventes d'imprimantes, de matériaux et de services associés) atteindra 38 milliards de dollars en 2014. D’ici 2018, le marché devrait atteindre 162 milliards de dollars, soit un taux de croissance annuel composé (TCAC) prévu de 45,75 % sur cette période.<sup>4</sup> Compte tenu de ces projections de croissance, il n’est pas surprenant que l’impression 3D ait bénéficié d’une importante couverture médiatique ces dernières années. Technologie de pointe, elle a le potentiel de transformer les industries et de révolutionner les processus de fabrication. Cependant, plusieurs obstacles majeurs persistent et freinent encore la croissance remarquable du marché, notamment le coût de l’imprimante. Même à moins de 1 000 dollars aujourd’hui, une imprimante 3D reste trop chère pour un produit grand public.
Le modèle « rasoir » est-il la clé de la croissance du marché de l'impression 3D ?
Si vous avez déjà acheté des rasoirs avec des lames de rechange, vous avez déjà expérimenté ce modèle commercial. Il consiste à vendre un produit principal à prix réduit afin de pouvoir vendre des produits complémentaires (souvent jetables) à un prix nettement supérieur. Au-delà des lames de rasoir, ce modèle a fait ses preuves sur le marché traditionnel des imprimantes et reste une stratégie très efficace.
On pourrait même affirmer que ce modèle est la meilleure stratégie commerciale et le moyen le plus rapide d'accélérer le développement du marché de l'impression 3D, afin de démocratiser l'accès à cette technologie. En clair, on augmenterait considérablement le taux d'adoption de l'impression 3D en vendant l'imprimante à un prix bien inférieur, voire presque gratuitement, puis en réalisant un profit important sur la vente des cartouches de filament. La figure 2 présente un exemple d'emballage de filament jetable pour impression 3D.
La bobine de filament d'impression pour imprimante 3D permettra aux fabricants de proposer une large gamme de matériaux, de couleurs et de finitions à différents prix. À l'instar des cartouches d'encre traditionnelles, où le niveau d'encre est indiqué pour chaque couleur, l'état d'utilisation des filaments d'impression 3D pourra également être fourni.
L'expérience nous a montré que ce modèle de protection des données n'est efficace que si un système robuste de protection de la propriété intellectuelle est mis en place pour les produits jetables, afin de lutter contre le clonage, la contrefaçon, la réplication et l'imitation.⁶ Il est certain que les contrefacteurs tenteront d'imiter les cartouches 3D et de frauder les fabricants légitimes. Comment contrer le vol de propriété intellectuelle ? La réponse est simple : intégrer une technologie d'identification sécurisée dans chaque imprimante 3D et chaque cartouche.
Sécurité grâce au système d'authentification par défi-réponse SHA-256 :
Depuis de nombreuses années, un environnement d'authentification sécurisé utilisant un algorithme de hachage (SHA) constitue une méthode très efficace pour protéger la propriété intellectuelle contre la contrefaçon et la copie illégale dans une large gamme de produits et d'applications. Un système de sécurité SHA-256, basé sur la norme de hachage sécurisé FIPS PUB 180-4 définie par le National Institute of Standards and Technology (NIST), en fait un outil puissant de lutte contre la contrefaçon et le clonage. L'authentification sécurisée des produits jetables a également un impact positif sur le contrôle qualité, ce qui, par conséquent, renforce considérablement l'image de marque du fabricant.
La communication SHA-256 est un environnement d'authentification symétrique basé sur un système de clés de type défi-réponse bidirectionnel. Il s'agit d'un protocole d'authentification où une partie (l'hôte ou maître, ici l'imprimante 3D) envoie une question secrète à l'autre partie (l'esclave, ici la cartouche ou la bobine). L'esclave doit fournir une réponse valide pour être authentifié. La réponse de la cartouche dépend à la fois de la question reçue et de sa réponse secrète stockée. Si la cartouche répond incorrectement à la question secrète, l'imprimante la rejette.
Les principaux composants du système d'authentification comprennent le défi aléatoire de 256 bits, l'identifiant ROM de la cartouche et le secret, unique et intégré à chaque circuit intégré esclave lors de sa fabrication. Ce secret est programmé dans la mémoire protégée d'un authentificateur SHA-256 sécurisé, le DeepCover® DS28E15. Il est également programmé dans l'authentificateur invité sécurisé de l'imprimante, le DS2465. Un système de gestion des clés secrètes robuste et sécurisé est indispensable pour protéger ce secret contre toute compromission.
Immédiatement après l'installation d'une cartouche dans une imprimante 3D authentifiée, la séquence d'événements suivante se produit (Figure 3) :
• L'imprimante 3D lit l'identifiant ROM de la cartouche (stocké dans le DS28E15).
• L'imprimante 3D génère et envoie une question aléatoire à la cartouche.
• La cartouche calcule un code d'authentification de message (MAC) SHA-256 à l'aide de son identifiant ROM, de son secret, de la question aléatoire reçue et d'autres données. Elle envoie ensuite ce code à l'imprimante.
• L'imprimante 3D calcule alors localement son propre MAC à l'aide de son secret local, de la question aléatoire (celle-là même envoyée à la cartouche) et de l'identifiant ROM de la cartouche.
• L'imprimante 3D compare son MAC à celui calculé par la cartouche.
• Si les deux MAC correspondent, la cartouche est authentifiée. Cela signifie qu'elle est authentique. Une fois l'authenticité de la cartouche vérifiée, l'imprimante 3D peut lire des données supplémentaires dans sa mémoire, telles que la date, le lieu de fabrication, le numéro de lot, le matériau du filament, les couleurs prises en charge et le niveau de matériau utilisé. Cependant, si les codes MAC (Microsoft Markup Codes) ne correspondent pas, la cartouche est considérée comme contrefaite, altérée ou falsifiée. L'imprimante désactive alors immédiatement toutes ses fonctions d'impression.
Cartouches 3D et avantages de l'authentification SHA-256.
La figure 4 illustre l'intégration de l'authentification SHA-256 dans une imprimante 3D et la cartouche d'encre de l'entreprise. Un authentificateur DS28E15 sécurisé est l'élément essentiel, assurant une protection intégrée à la cartouche. L'imprimante 3D équipée du DS2465 (l'imprimante maître/hôte) n'accepte qu'une réponse authentique provenant d'une cartouche originale (l'imprimante esclave). La communication s'effectue via une interface 1-Wire®, également utilisée pour l'insertion du DS28E15 dans la cartouche. Ce système d'authentification repose sur le principe que l'imprimante 3D et la cartouche possèdent le même secret SHA, programmé lors de la fabrication dans un environnement sécurisé.
Les circuits intégrés d'authentification sécurisée, tels que le DS28E15, offrent un autre avantage. Ils intègrent leur propre numéro de série ou d'identification (ROM d'identification) de 64 bits, utilisé comme entrée du moteur SHA-256. Chaque MAC 256 bits est ainsi unique. La mémoire du DS28E15 peut être divisée en zones à accès libre (non protégées) et en zones où l'hôte (imprimante) doit authentifier l'esclave (cartouche) pour accéder en écriture à l'EEPROM. Plusieurs modes de protection sont disponibles et décrits dans la fiche technique.
Lorsque le mode de protection par émulation EPROM (EM) est activé sur le DS28E15, les bits de mémoire ne peuvent être modifiés que de 1 à 0, et non de 0 à 1. Une fois le mode EM sélectionné, cette modification est irréversible. Il s'agit là de la meilleure façon d'implémenter un compte à rebours ou une limitation de l'utilisation de la cartouche, des fonctions extrêmement difficiles à contourner. Cette limitation d'utilisation empêche l'utilisateur de forcer l'ajout de filaments dans l'emballage de la cartouche.
Les modes de protection de la mémoire du DS28E157 offrent également une plateforme, au sein de l'imprimante 3D, permettant la prise en charge d'autres fonctionnalités. Celles-ci incluent la capacité de l'imprimante à gérer différentes finitions d'impression ou à créer des objets avec une plus large gamme de matériaux et de couleurs. Ces capacités sont en définitive les atouts clés qui contribueront à la croissance du marché de l'impression 3D.
Conclusions :
Malheureusement, il est fréquent qu’un produit jetable censé être sécurisé soit la cible d’attaques sophistiquées au niveau de la matrice, visant à extraire des données sensibles et/ou à reconfigurer le dispositif. Le but est de compromettre la sécurité du système dans le seul but de le cloner ou de le contrefaire. Afin d’offrir la meilleure protection possible contre cette attaque malveillante inévitable, le DS28E15 utilise des techniques, des circuits et des méthodes cryptographiques physiques propriétaires au niveau de la matrice pour protéger les données sensibles, les signaux de contrôle et les clés secrètes.
Le système d'authentification sécurisé DeepCover DS28E15 peut-il protéger les fabricants de cartouches 3D contre le clonage et la contrefaçon ? Pourrait-il, à terme, accélérer l'adoption de l'impression 3D par les consommateurs et permettre à chaque foyer d'en posséder une ? Absolument. Grâce au système d'authentification par défi-réponse basé sur SHA intégré au DS28E15, le marché des imprimantes 3D peut garantir l'utilisation de cartouches authentiques. La protection de ses actifs, de sa propriété intellectuelle et de la qualité de sa marque permet alors au marché de l'impression de consacrer une part importante de son chiffre d'affaires à la vente de cartouches jetables.
L'expérience nous a montré que ce modèle de protection des cartouches n'est efficace que s'il s'accompagne d'un système robuste de protection de la propriété intellectuelle contre le clonage, la contrefaçon, la réplication et l'imitation des produits jetables. Le système d'authentification sécurisé DeepCover DS28E15 représente la voie à suivre pour augmenter les ventes d'imprimantes 3D. C'est pourquoi nous affirmons que la prochaine grande innovation en impression 3D est le DS28E15.
Références
1 WhatIs.com définit la « technologie de rupture » comme un terme inventé par le professeur Clayton M. Christensen de la Harvard Business School pour décrire une nouvelle technologie qui supplante de manière inattendue une technologie établie. Des références supplémentaires sont disponibles dans l'article à l'adresse http://whatis.techtarget.com/definition/disruptive-technology
2 Tim Pastor, analyste principal chez Canalys, note : « Nous constatons déjà un nombre important d’utilisateurs précoces et d’amateurs qui investissent dans des imprimantes 3D relativement peu coûteuses. À mesure que les prix continuent de baisser, que la technologie s’améliore et que les cas d’utilisation sont testés, cette tendance va se poursuivre… » Voir « Les imprimantes 3D gagnent un important essor auprès des consommateurs », Canalys, 24 juin 2014, http://apac.canalyschannelsforum.com/site/news?id=5.
3. Les imprimantes d'entrée de gamme coûtent généralement entre 1 000 et 2 000 $. Voir le rapport de Canalys où Joe Kempton, analyste chez Canalys, écrit : « En réalité, de nombreux modèles d'imprimantes basiques arrivent sur le marché à moins de 1 000 $, et certains projets de financement participatif promettent des prix inférieurs à 500 $… » Voir « 3 printers gaining significant traction among consumers », Canalys, 24 juin 2014, http://apac.canalyschannelsforum.com/site/news?id=5. Voir
aussi : « How Much Does a 3D Printer Cost? “Still Expensive, But Becoming More Affordable” », arts.mic, 10 mai 2013, http://mic.com/articles/41111/how-much-does-a-3d-printer-cost-still-expensive-but-becoming-more-affordable.
Pour lire un article sur des imprimantes 3D très onéreuses, dont les prix varient de 10 000 $ à 50 000 $, consultez l’article de David Lumb, « The Top Nine Consumer 3-D Printers For Every Budget », paru dans Fast Company, disponible à l’adresse http://www.fastcolabs.com/3016490/9-consumer-3-d-printers-for-every-budget.
Pour plus d’informations sur les prix de lancement des imprimantes 3D, consultez l’article « How Much Does a 3D Printer Cost? » sur inkpal.com, disponible à l’adresse http://www.inkpal.com/ink-news/how-much-does-a-3d-printer-cost/.
4. Canalys publie une étude sur le marché de l'impression 3D : « En 2013, le marché, incluant les ventes d'imprimantes 3D, de matériaux et de services associés, a atteint 2,5 milliards de dollars à l'échelle mondiale. Canalys prévoit une hausse à 3,8 milliards de dollars en 2014, avec une croissance rapide et continue pour atteindre 16,2 milliards de dollars en 2018. Cela représente un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 45,7 % entre 2013 et 2018. » Voir « Le marché de l'impression 3D devrait atteindre 16,2 milliards de dollars en 2018 », Canalys, lundi 31 mars 2014, http://www.canalys.com/newsroom/3d-printing-market-grow-us162-billion-2018.
5. On trouve de nombreuses discussions sur le modèle commercial « Razor-Blade » sur Internet. Voici quelques sites utiles pour en savoir plus : http://www.investopedia.com/terms/r/razor-razorblademodel.asp, http://www.businessdictionary.com/definition/razorblade-model.htmlet http://en.wikipedia.org/wiki/Freebie_marketing.
6. Vous trouverez de nombreuses discussions sur les cartouches d'encre contrefaites sur Internet. Pour des informations générales sur le problème, consultez Edwards, Cliff, « HP Gets Tough on Ink Counterfeiters », Bloomberg Businessweek, 28 mai 2009, http://www.businessweek.com/magazine/content/09_23/b4134044747987.htm . Pour savoir comment reconnaître les contrefaçons, consultez Shea, Mark, « How to Identify Counterfeit Ink », PCWorld, 2 décembre 2010, http://www.pcworld.com/article/212183/identify_counterfeit_ink.html. Une recherche générale sur Internet avec les mots-clés « cartouches d'encre contrefaites » vous permettra de trouver de nombreux autres liens sur le sujet.
7. Vous trouverez de plus amples informations sur les modes de protection du DS28E15 dans la fiche technique à l'adresse http://www.maximintegrated.com/DS28E15.
1-Wire est une marque déposée de Cypress Semiconductor, Inc.
3D Systems est une marque commerciale et une marque de service de 3D Systems, Inc.
Cube est une marque déposée de 3D Systems, Inc.
DeepCover est une marque déposée de Cypress Semiconductor, Inc.
À propos de l'auteur
Hamed M. Sanogo est directeur commercial chez Maxim Integrated Products et responsable des gammes de produits d'authentification sécurisée, NFC et RFID. Il est titulaire d'une licence en génie électrique (BSEE) de l'Université d'Alabama à Birmingham (UAB), d'une maîtrise en génie électrique (MSEE) de l'Université du Michigan (Dearborn) et d'un MBA en gestion des technologies de l'Université de Dallas. Vous pouvez contacter Hamed sur
