[發明專利]一種基于單光子激勵和光學PUF的認證系統

有效

• 申請號: 201710595957.9
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107257285B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 王丕東;陳飛良;李沫;李倩;姚堯;張麗君;張健
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;H04L9/08;H04B10/70
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

1.一種基于單光子激勵和光學PUF的認證系統，其特征在于：包括成像定位子系統及認證子系統兩個部分；

所述成像定位子系統至少包括：用于對PUF鑰匙（8）照明的發光二極管（12），用于對PUF鑰匙（8）成像的4F成像系統，用于采集PUF鑰匙圖像的相機，用于對PUF鑰匙（8）進行精確定位的電控三維平移臺（9）；所述成像定位子系統還依次包括：準直透鏡（11）、分光棱鏡I（5）、分光棱鏡II（6），其中，發光二極管（12）位于準直透鏡（11）入光側的焦點上，分光棱鏡I（5）位于準直透鏡（11）的出光透射方向上，分光棱鏡II（6）位于分光棱鏡I（5）的出光直射方向上；

所述認證子系統至少包括：用于發出光脈沖的脈沖激光光源（17），用于對所述光脈沖進行衰減的衰減片組（1），用于對單光子光束波前進行高速編碼的數字微鏡（13），用于采集散斑圖樣的相機；所述認證子系統還包括位于衰減片組（1）出光方向上的反射鏡（2）和位于反射鏡（2）反射光方向上的擴束鏡（3）；所述擴束鏡（3）與準直透鏡（11）分別位于分光棱鏡I（5）的兩個入射光方向上，擴束鏡（3）、分光棱鏡I（5）和數字微鏡（13）在一條直光路方向上；

所述成像定位子系統中的用于采集PUF鑰匙圖像的相機和認證子系統中的用于采集散斑圖樣的相機均采用同一個相機（16）；

該認證系統的工作過程如下：

首先，將脈沖激光光源（17）發出的光脈沖通過衰減片組（1）進行衰減，得到單光子光束，通過反射鏡（2）反射后經過擴束鏡（3）進行擴束；

然后，對經過分光棱鏡I（5）的光束使用數字微鏡（13）進行高速編碼，將編碼后的光照射到光學PUF鑰匙（8）上產生散斑，通過相機（16）采集散斑的圖樣；其中，不同的編碼將得到不同的散斑響應，編碼和散斑響應是一一對應的，組成編碼激勵-響應對，將這些激勵-響應對儲存起來，就實現了對PUF鑰匙（8）的注冊；

對PUF鑰匙（8）進行認證時，在數字微鏡（13）上加載一個在注冊時使用過的編碼，編碼后的光照射到PUF鑰匙（8）上產生散斑，采集散斑圖樣，再將采集到的散斑圖樣與儲存的編碼激勵-響應對進行對比，如果此時編碼激勵-散斑響應能夠和儲存的編碼激勵-響應對一致，則認證通過，否則認證不通過。

2.根據權利要求1所述的基于單光子激勵和光學PUF的認證系統，其特征在于：所述4F成像系統包括透鏡I（7）和透鏡II（10），透鏡I（7）位于分光棱鏡II（6）的出光直射方向上，透鏡II（10）位于分光棱鏡II（6）的出光折射方向上，相機（16）放置于透鏡II（10）的出光側的焦點處， PUF鑰匙（8）位于透鏡I（7）的出光側的焦點處，PUF鑰匙（8）由電控三維平移臺（9）控制移動。

3.根據權利要求1所述的基于單光子激勵和光學PUF的認證系統，其特征在于：所述相機（16）的入光口處設置有電動濾光片轉輪（15），電動濾光片轉輪（15）上不同位置的兩個孔上分別安裝有衰減片和窄帶帶通濾光片；電動濾光片轉輪（15）旋轉帶動窄帶帶通濾光片或衰減片位于相機（16）的入光口處，從而使成像定位子系統中使用衰減片，認證子系統中使用窄帶帶通濾光片。

4.根據權利要求1所述的基于單光子激勵和光學PUF的認證系統，其特征在于：所述電控三維平移臺（9），通過定位程序根據采集的圖像控制移動。

5.根據權利要求1所述的基于單光子激勵和光學PUF的認證系統，其特征在于：還設置有用于對PUF鑰匙（8）的定位過程光路和認證過程光路進行切換的光快門I（4）和光快門II（14）； 所述光快門I（4）設置于擴束鏡（3）與分光棱鏡I（5）之間，所述光快門II（14）設置于透鏡II（10）與電動濾光片轉輪（15）之間。