防伪3D打印技术

　　摘要：本文简要分析了3D打印技术的发展趋势，并针对3D打印机嵌入安全识别技术进行剖析。

　　3D打印技术正在掀起制造格局的革命浪潮。您能想象通过发送双脚的3D打印模型来定制一双合脚的鞋吗?这并非遥不可及。

　　现代化的3D打印技术也称为增材制造，是利用3D模型或其它电子数据源制作几乎任何形状的三维固态物体的过程。作为一种增材制造方法，制造商通过向制作对象上逐层“增加”材料，形成最终产品(图1)。随着3D打印技术以及多种不同3D打印方法的快速发展，种种迹象表明3D打印是或应该是一种颠覆性的技术^[1]。从这点上看，说3D打印将改变世界也不完全是夸大其词。

　　3D打印技术已经发展为被汽车、航空航天、卫生保健及消费领域用来建立3D模型和原型。追捧者相信3D模型能够帮助公司以较少的时间和/或较少的资源完成项目。因此，3D打印如雨后春笋般快速发展^[2]，成为快速原型到快速制造根本性转化的动力。

　　对于这一领域的厂商而言，其梦想是让3D打印机进入千家万户。成本往往是2，000美元起，现在有些3D打印机的定价还不足1，000美元^[3]。许多人视其为发展迅速但目前尚处于起步阶段的市场。独立市场研究公司Canalys预测，3D打印市场的总规模(包括打印机销售、材料和相关服务)在2014年将达到38亿美元，到2018年，这一市场总规模将达到162亿美元，预计在此期间的CAGR(年均增长率)为45.75% ^[4]。看到这些预测数字，对近年来3D打印技术赚尽眼球这一现象就不会感到奇怪了。作为一项颠覆性技术，3D打印技术具有重塑行业和改变制造过程的能力。尽管如此，仍有很多基本障碍妨碍市场普及，包括打印机成本。即使以现在不足1，000美元的价格，对于一件消费产品而言，仍然非常昂贵。

　　剃须刀-刀片模式是3D打印市场增长的关键吗?

　　如果您购买过剃须刀及其可更换的刀片，您就已经体验了剃须刀-刀片商业模式。这种商业行为的做法是以折扣价销售主产品，然后以相当高的价格销售备用(往往是一次性的)辅助产品^[5]。不仅仅限于剃须刀刀片，这种商业模式已经被长时间成功用于传统打印机市场，并且仍然是非常成功的策略。

　　有人认为这种剃须刀-刀片商业模式是让3D打印机成为主流、进入千家万户的最佳商业策略和最快途径。简单来说，就是通过以近乎免费的极低价格销售3D打印机，从而提高3D打印的普及率，然后再通过销售墨盒或长丝材料大赚一笔。图2所示为一次性3D打印耗材的例子。

　　3D打印机墨盒或打印耗材也使得打印机能够支撑不同价位材料、颜色及色泽的大量组合。就像传统墨盒中客户能够了解每种颜色的墨水量一样，3D打印也可提供耗材的使用状态。

　　历史经验告诉我们，只有在一次性产品中实施严格的IP保护机制，防止克隆、伪造、复制和假冒，剃须刀-刀片商业模式才有效^[6]。毫无疑问，造假者必定会竭尽全力假冒3D墨盒，欺骗这些产品的合法制造商。如何预防IP剽窃?答案很明确：在每台3D打印机及墨盒中嵌入安全识别技术。

　　利用SHA-256质询-应答安全认证系统保证安全

　　多年以来，在无数产品和应用中，安全散列算法(SHA)安全认证方案是防止IP被仿造和非法复制的有效方法。SHA-256安全系统基于美国国家标准与技术研究院(NIST)制定的安全散列标准Publication FIPS PUB 180-4，是强大的防伪和防克隆工具。一次性产品的安全认证也有利于控制材料品质，进而大大提高制造商的品牌识别度。

　　SHA-256通信采用基于对称密钥的双向质询-应答安全认证方案，在其握手协议中，一方(主机或主控制器，以及我们这里讨论的3D打印机)向另一方(从机，本例中的墨盒或阀芯)提出安全请求或质询;从机必须提供有效答案或响应，才能够通过安全认证。并且从机墨盒的应答与接收到的质询及其储存的密钥相关。如果墨盒应答错误，打印机将拒绝墨盒。