La moderna stampa 3D, nota anche come produzione additiva, è il processo di creazione di un oggetto solido tridimensionale di qualsiasi forma a partire da un modello 3D o da un'altra fonte di dati elettronica. Come metodo di produzione additiva, il produttore "aggiunge" materiale a un oggetto, strato dopo strato, per creare il prodotto finale (Figura 1). Data la sorprendente e rapida crescita della stampa 3D e la varietà di metodi di stampa 3D disponibili, tutto lascia intendere che la stampa 3D sia, o debba essere, considerata una tecnologia all'avanguardia. Dopo questa affermazione, dire che la stampa 3D cambierà il mondo non è affatto un'esagerazione.
La tecnologia di stampa 3D si sta evolvendo per creare modelli e prototipi 3D nei settori automobilistico, aerospaziale, medico e dei beni di consumo. Gli appassionati ritengono che questi modelli 3D possano aiutare le aziende a completare i progetti più velocemente e/o con meno risorse. Di conseguenza, la stampa 3D sta emergendo rapidamente, determinando un cambiamento radicale dalla prototipazione rapida alla produzione rapida. Si tratta, senza dubbio, di una tecnologia all'avanguardia.
Per i fornitori in questo settore, il sogno è quello di installare una stampante 3D in ogni casa. Spesso con un costo superiore a 2.000 dollari, alcune stampanti 3D hanno un prezzo inferiore a 1.000 dollari. Molti considerano questo un mercato in rapida evoluzione, ancora nella sua fase iniziale. Canalys, una società indipendente di ricerche di mercato, prevede che la dimensione complessiva del mercato della stampa 3D (comprese le vendite di stampanti, materiali e servizi correlati) raggiungerà i 38 miliardi di dollari nel 2014; Entro il 2018, il mercato raggiungerà i 162 miliardi di dollari, con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) previsto del 45,75% in quel periodo.<sup>4</sup> Date queste proiezioni di crescita, non sorprende che la stampa 3D abbia ricevuto una notevole attenzione da parte della stampa negli ultimi anni. Essendo una tecnologia all'avanguardia, ha il potenziale per trasformare le industrie e cambiare i processi produttivi. Tuttavia, permangono diverse barriere fondamentali che impediscono al mercato di realizzare una crescita così notevole, tra cui il costo della stampante. Anche a meno di 1.000 dollari oggi, una stampante 3D è ancora troppo costosa per un prodotto di consumo.
Il modello "lama di ricambio" è la chiave per la crescita del mercato della stampa 3D?
Se avete mai acquistato rasoi con lame di ricambio, avete familiarità con il modello di business "lama di ricambio". Questa pratica commerciale prevede la vendita di un articolo principale a prezzo scontato, in modo da poter vendere articoli secondari complementari (spesso usa e getta) a un prezzo considerevolmente più alto. Oltre alle lame di ricambio, questo modello di business è stato utilizzato con successo per lungo tempo nel mercato delle stampanti tradizionali e rimane una strategia vincente.
Si potrebbe sostenere che il modello "lama di ricambio" sia la migliore strategia commerciale e il modo più rapido per accelerare la crescita del mercato delle stampanti 3D, portando una stampante 3D in ogni casa. In parole semplici, si aumenterebbe drasticamente il tasso di adozione della stampa 3D vendendo la stampante a un costo molto inferiore, persino quasi gratuitamente, e realizzando un profitto considerevole con la vendita della cartuccia o del filamento di stampa. La Figura 2 mostra un esempio di confezione di filamento usa e getta per la stampa 3D.
La bobina di filamento per stampanti 3D consentirà inoltre ai produttori di offrire un'ampia combinazione di materiali, colori e finiture a prezzi diversi. Analogamente alle tradizionali cartucce d'inchiostro, in cui al cliente viene comunicato il livello di inchiostro per ciascun colore, anche lo stato di utilizzo dei filamenti per stampanti 3D potrà essere reso noto.
Come ci insegna la storia, il modello "lama di rasoio" funziona solo quando viene implementato un solido sistema di protezione della proprietà intellettuale per i prodotti monouso contro la clonazione, la contraffazione, la replicazione e l'imitazione.⁶ Non c'è dubbio che i contraffattori cercheranno di imitare le cartucce 3D e di frodare i produttori legittimi di questi prodotti. Come si può contrastare il furto di proprietà intellettuale? La risposta è semplice: integrando una tecnologia di identificazione sicura in ogni stampante 3D e cartuccia.
Sicurezza con il sistema di autenticazione SHA-256 Challenge-Response:
Da molti anni, un ambiente di autenticazione sicuro basato su un algoritmo di hash (SHA) rappresenta un metodo estremamente efficace per proteggere la proprietà intellettuale dalla contraffazione e dalla copia illegale in un'ampia gamma di prodotti e applicazioni. Un sistema di sicurezza SHA-256, basato sullo standard di hash sicuro FIPS PUB 180-4, definito dal National Institute of Standards and Technology (NIST), si configura come un potente strumento anticontraffazione e anticlonazione. L'autenticazione sicura dei prodotti monouso ha inoltre il vantaggio di migliorare il controllo qualità, con un impatto significativo sull'immagine del marchio del produttore.
La comunicazione SHA-256 è un ambiente di autenticazione simmetrica basato su una chiave bidirezionale di sfida-risposta. Si tratta di un protocollo di "handshake" in cui una delle parti (l'host o master, e nel nostro caso la stampante 3D) invia una domanda o sfida segreta all'altra parte (lo slave, e in questo caso la cartuccia o la bobina). Lo slave deve fornire una risposta valida per essere autenticato. La risposta della cartuccia slave dipende sia dalla domanda ricevuta sia dalla risposta segreta memorizzata. Se la cartuccia risponde in modo errato alla domanda segreta, la stampante la rifiuterà.
I componenti principali del sistema di autenticazione includono la sfida casuale a 256 bit, l'identificazione ROM (ID) della cartuccia e la chiave segreta, che è univoca e incorporata in ogni circuito integrato slave durante la produzione. La chiave segreta è programmata nella memoria protetta di un autenticatore SHA-256 sicuro, il DeepCover® DS28E15. La stessa chiave segreta è programmata anche nell'autenticatore guest sicuro, il DS2465, presente nella stampante. Un sistema di gestione delle chiavi segrete di comunità robusto e sicuro è necessario per proteggere la chiave segreta da eventuali compromissioni.
Subito dopo l'installazione di una cartuccia in una stampante 3D autenticata, si verifica la seguente sequenza di eventi (Figura 3):
• La stampante 3D legge l'ID ROM della cartuccia (ovvero, memorizzato nel DS28E15).
• La stampante 3D genera e invia una domanda casuale alla cartuccia.
• La cartuccia calcola un codice di autenticazione del messaggio (MAC) SHA-256 utilizzando il proprio ID ROM, il segreto, la domanda casuale ricevuta e altri elementi di dati. La cartuccia invia questo codice all'host della stampante.
• La stampante 3D calcola quindi localmente il proprio MAC utilizzando il segreto memorizzato localmente, la domanda casuale (la stessa inviata alla cartuccia) e l'ID ROM raccolto dalla cartuccia.
• La stampante 3D confronta il proprio valore MAC con quello calcolato dalla cartuccia.
• Se i due MAC corrispondono, la cartuccia è autenticata. Ciò significa essenzialmente che la cartuccia è originale. Una volta verificata l'autenticità della cartuccia, la stampante 3D può leggere ulteriori dati dalla sua memoria, come la data, il luogo di produzione, il numero di lotto, il materiale del filamento, i colori supportati e il livello di utilizzo del materiale. Tuttavia, se i codici MAC (Microsoft Markup Code) non corrispondono, la cartuccia viene considerata contraffatta, manomessa o falsificata. La stampante disabilita quindi immediatamente tutte le funzioni di stampa.
Cartucce 3D e vantaggi dell'autenticazione SHA-256
La Figura 4 illustra come l'autenticazione SHA-256 sia integrata in una stampante 3D e nella cartuccia d'inchiostro dell'azienda. Il dispositivo essenziale è un autenticatore sicuro DS28E15, che fornisce una protezione integrata all'interno della cartuccia. La stampante 3D con il DS28E15 (ovvero il master/host) accetterà solo una risposta autentica da una cartuccia originale (ovvero lo slave). Tutto ciò avviene tramite comunicazione attraverso un'interfaccia di comunicazione 1-Wire®, che, in questo caso, è anche il modo in cui il DS28E15 viene inserito nella cartuccia. Questo schema di autenticazione presuppone che sia la stampante 3D che la cartuccia abbiano lo stesso segreto SHA, programmato durante la produzione in una struttura sicura.
I circuiti integrati di autenticazione sicura, come il DS28E15, offrono anche un ulteriore vantaggio. Sono dotati di un proprio numero di serie o di identificazione a 64 bit (ID ROM), che viene utilizzato come uno degli input per il motore SHA-256. Questo rende ogni MAC a 256 bit un numero univoco. La memoria del DS28E15 può anche essere suddivisa in aree ad accesso aperto (ad esempio, non protette) e aree in cui l'host (stampante) deve autenticare lo slave (cartuccia) per l'accesso in scrittura alla EEPROM. Sono disponibili diverse modalità di protezione, descritte nel datasheet.
Quando la modalità di protezione EPROM Emulation (EM) è abilitata sul DS28E15, i singoli bit di memoria possono essere modificati solo da 1 a 0, ma non da 0 a 1. Una volta selezionata la modalità EM, questa non può essere invertita. Questo rappresenta essenzialmente il modo migliore per implementare funzionalità di conto alla rovescia o di limitazione dell'utilizzo della cartuccia che possono essere estremamente difficili da eludere. Questa funzione a utilizzo limitato impedisce all'utente di forzare l'inserimento di filamenti diversi nella confezione della cartuccia.
Le modalità di protezione della memoria della DS28E157 forniscono inoltre una piattaforma o un mezzo all'interno della stampante 3D per supportare altre funzionalità. Queste funzionalità includono la capacità della stampante di gestire diverse finiture di stampa o di creare oggetti con una gamma più ampia di materiali e colori. Queste capacità sono in definitiva le caratteristiche chiave che contribuiranno alla crescita del mercato della stampa 3D.
Conclusioni:
Purtroppo, è frequente che un prodotto monouso, apparentemente sicuro, venga attaccato con una varietà di sofisticati metodi a livello di array per estrarre dati sensibili e/o invertire la configurazione del dispositivo. Tutto ciò viene fatto per compromettere la sicurezza del sistema al solo scopo di clonarlo o contraffarlo. Per fornire la massima protezione possibile contro questo inevitabile attacco malevolo, il DS28E15 impiega tecniche, circuiti e metodi crittografici fisici proprietari a livello di array per proteggere dati sensibili, segnali di controllo e chiavi segrete.
Il DS28E15 DeepCover Secure Authenticator potrebbe proteggere i produttori di cartucce 3D dalla clonazione e dalla contraffazione? Potrebbe, in definitiva, favorire una più rapida diffusione della stampa 3D tra i consumatori e portare una stampante 3D in ogni casa? Sì. Grazie allo schema di autenticazione challenge-response basato su SHA implementato nel DS28E15, il mercato delle stampanti 3D può garantire l'utilizzo di cartucce originali. Con i propri beni, la proprietà intellettuale e la qualità del marchio protetti, il mercato delle stampanti potrebbe quindi spostare una parte significativa del proprio fatturato dalla vendita di stampanti alla vendita di cartucce usa e getta.
Come la storia ci insegna, il modello "lama di rasoio" funziona solo quando esiste un solido sistema di protezione della proprietà intellettuale contro la clonazione, la contraffazione, la replicazione e l'imitazione dei prodotti usa e getta. Il DS28E15 DeepCover Secure CI Authenticator è la strada giusta per incrementare le vendite di stampanti 3D. Ecco perché affermiamo che la prossima grande novità nel mondo della stampa 3D è il DS24E15.
Riferimenti
1 WhatIs.com definisce "tecnologia dirompente" come un termine coniato dal professor Clayton M. Christensen della Harvard Business School per descrivere una nuova tecnologia che soppianta inaspettatamente una tecnologia consolidata. Ulteriori riferimenti sono disponibili nell'articolo all'indirizzo http://whatis.techtarget.com/definition/disruptive-technology
2 Tim Pastor, analista senior di Canalys, osserva: "Stiamo già assistendo a un numero significativo di early adopter e hobbisti che investono in stampanti 3D relativamente economiche. Con il continuo calo dei prezzi, il miglioramento della tecnologia e la sperimentazione di nuovi casi d'uso, questa tendenza è destinata a proseguire...". Vedi "Le stampanti 3D stanno guadagnando terreno tra i consumatori", Canalys, 24 giugno 2014, http://apac.canalyschannelsforum.com/site/news?id=5.
3. Le stampanti di fascia bassa hanno in genere un prezzo compreso tra 1.000 e 2.000 dollari. Si veda il report di Canalys in cui l'analista di ricerca Joe Kempton scrive: "In realtà, ci sono parecchi modelli di stampanti di base che arrivano sul mercato a meno di 1.000 dollari e alcuni progetti di crowdfunding promettono prezzi inferiori a 500 dollari...". Si veda "3 stampanti che stanno guadagnando terreno tra i consumatori", Canalys, 24 giugno 2014, http://apac.canalyschannelsforum.com/site/news?id=5. Si veda
anche: Quanto costa una stampante 3D? "Ancora costosa, ma sta diventando più accessibile", arts.mic, 10 maggio 2013, http://mic.com/articles/41111/how-much-does-a-3d-printer-cost-still-expensive-but-becoming-more-affordable.
Per leggere un articolo su alcune stampanti 3D molto costose, con prezzi che vanno dai 10.000 ai 50.000 dollari, consultare Lumb, David, "The Top Nine Consumer 3-D Printers For Every Budget", Fast Company, http://www.fastcolabs.com/3016490/9-consumer-3-d-printers-for-every-budget.
Per ulteriori informazioni sui prezzi di lancio delle stampanti 3D, consultare "How Much Does a 3D Printer Cost?" inkpal.com, http://www.inkpal.com/ink-news/how-much-does-a-3d-printer-cost/.
4. Canalys riporta sul mercato della stampa 3D: "Nel 2013, il mercato, comprensivo di vendite di stampanti 3D, materiali e servizi correlati, ha raggiunto un valore di 2,5 miliardi di dollari a livello globale. Canalys prevede che questa cifra aumenterà a 3,8 miliardi di dollari nel 2014, con una crescita rapida e continua del mercato, fino a raggiungere i 16,2 miliardi di dollari nel 2018. Ciò rappresenta un tasso di crescita annuo composto (CAGR) previsto del 45,7% dal 2013 al 2018". Vedi "3D printing market to grow to US$16.2 billion in 2018", Canalys, lunedì 31 marzo 2014, http://www.canalys.com/newsroom/3d-printing-market-grow-us162-billion-2018.
5. Su Internet si discute molto del modello di business "Razor-Blade". Alcuni siti consigliati dove è possibile approfondire l'argomento sono: http://www.investopedia.com/terms/r/razor-razorblademodel.asp, http://www.businessdictionary.com/definition/razorblade-model.htmle http://en.wikipedia.org/wiki/Freebie_marketing.
6 Su Internet troverete numerose discussioni sulle cartucce d'inchiostro contraffatte. Per informazioni generali sul problema, consultate Edwards, Cliff, "HP Gets Tough on Ink Counterfeiters", Bloomberg Businessweek, 28 maggio 2009, http://www.businessweek.com/magazine/content/09_23/b4134044747987.htm . Per una discussione su come riconoscere le cartucce contraffatte, consultate Shea, Mark, "How to Identify Counterfeit Ink", PCWorld, 2 dicembre 2010, http://www.pcworld.com/article/212183/identify_counterfeit_ink.html. Una ricerca generica su Internet con le parole chiave "cartucce d'inchiostro contraffatte" vi fornirà molti altri link sull'argomento.
7. Ulteriori dettagli sulle modalità di protezione del DS28E15 sono disponibili nella scheda tecnica all'indirizzo http://www.maximintegrated.com/DS28E15.
1-Wire è un marchio registrato di Cypress Semiconductor, Inc.
3D Systems è un marchio commerciale e di servizio di 3D Systems, Inc.
Cube è un marchio registrato di 3D Systems, Inc.
DeepCover è un marchio registrato di Cypress Semiconductor, Inc.
Informazioni sull'autore
Hamed M. Sanogo è Executive Business Manager presso Maxim Integrated Products ed è responsabile delle linee di prodotti di autenticazione sicura, NFC e RFID. Si è laureato in ingegneria elettrica (BSEE) presso l'Università dell'Alabama a Birmingham (UAB), ha conseguito un master in ingegneria elettrica (MSEE) presso l'Università del Michigan (Dearborn) e un MBA in gestione tecnologica presso l'Università di Dallas. Puoi contattare Hamed su
