一種基于全內反射原理的高環(huán)境穩(wěn)定性光學PUF的新方案

近日，中科院上海光機所高功率激光元件技術與工程部邵宇川研究員團隊，提出一種基于全反射原理高環(huán)境穩(wěn)定性光學PUF的新方案，相關研究成果以“Robust Optical Physical Unclonable Function Based on Total Internal Reflection for Portable Authentication”為題發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces。

目前，常見的防偽標簽因其確定性的生產過程而易于被仿制。物理不可克隆函數(shù)（Physical Unclonable Functions, PUFs）利用材料制備過程中不可控的制備偏差，生成獨特且不可復制的響應信號。光學PUF因其高編碼容量和高響應對比度而受到研究人員的廣泛關注。但光學PUF也面臨著諸多挑戰(zhàn)，如散射PUF的響應信號不穩(wěn)定；熒光PUF的使用壽命受熒光漂白影響；拉曼PUF的認證系統(tǒng)復雜，需要昂貴的光譜解碼設備。新一代光學PUF不僅需具備高環(huán)境穩(wěn)定性，其認證系統(tǒng)還需足夠便攜，足以滿足日常認證需求。

研究人員提出了一種新方案，通過利用聚合物小球破壞全內反射條件來獲取原始響應圖像，成功制備了一種基于全內反射原理的高環(huán)境穩(wěn)定性光學PUF。該光學PUF由低成本的透明玻璃和聚合物小球組成，采用旋涂工藝將聚合物小球均勻分散在基底表面，通過電子束蒸發(fā)在聚合物小球表面鍍上一層氧化鋁保護層。這一保護層通過增加折射率差值提高了響應信號對比度，同時隔絕了水氧，增強了光學PUF的環(huán)境穩(wěn)定性。通過優(yōu)化制備工藝，實現(xiàn)了聚合物小球的最佳面密度排列，最大限度地提升了PUF的編碼能力。制備出的光學PUF不僅滿足了唯一性、可靠性、位均勻性等PUF性能要求，其編碼秘鑰還通過了NIST隨機數(shù)測試，驗證了其隨機性。研究人員對該PUF的環(huán)境穩(wěn)定性進行了一系列測試，結果表明該PUF具有良好的機械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，證明了其高環(huán)境穩(wěn)定性的特點。此外，研究人員利用手持式顯微鏡、棱鏡和低功率激光器搭建了該PUF的便攜式認證裝置，為光學PUF的實際應用奠定了基礎。

圖片:W020240626396487801888_ORIGIN.jpg

圖1.基于全內反射原理高環(huán)境穩(wěn)定性光學PUF原理示意圖

相關鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c03283