[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

本發明提出一種基于單光子激勵和光學PUF的認證系統，該方法和系統使用激光脈沖衰減的方法制備單光子源，利用高速DMD數字微鏡對入射光波前進行高速編碼，將編碼后的光照射到隨機介質構成的光學PUF鑰匙上產生散斑響應，利用sCMOS相機、EMCCD相機或EBCCD相機采集散斑圖樣，利用散斑信息進行PUF鑰匙的注冊和認證。本發明利用了單光子的量子不可克隆性和隨機介質PUF鑰匙的不可復制性，從物理上保證了認證過程的安全性，利用了窄帶帶通濾光片對環境光進行濾波，降低了環境光的影響，在安全領域具有極好的應用前景。

技術領域

本發明涉及身份認證系統，具體涉及一種基于單光子激勵和光學PUF（物理不可克隆函數）的認證系統，屬于安全認證技術領域。

背景技術

基于物理不可克隆函數（PUF）的認證系統具有非常好的安全性，在下一代安全認證技術中有廣闊的應用前景，最早的基于PUF的認證系統是利用光學無序介質實現的，它利用經典激光照射無序介質形成的散斑進行認證，散斑能夠反映無序介質內部的結構信息，不同的無序介質能夠形成完全不同的散斑圖樣，所以能夠用散斑作為無序介質的標識進行認證；這種由隨機介質構成的光學PUF鑰匙具有不可復制性，它保證了其作為PUF認證鑰匙的安全性。

隨后，S. A. Goorden等提出了基于光學PUF的量子認證系統，采用了高度衰減后的相干光作為光源，每個光脈沖含有的光子數很少。該系統的安全性可以用量子安全系數S=K/n來描述，其中K為激勵光的模式數，n為激勵光脈沖的平均光子數，也就是說激勵的光子數越少，系統的安全性越高。隨后，龍衡等對S. A. Goorden等提出的量子認證系統進行了改進，他們利用自反饋程序控制空間光調制器對光學PUF鑰匙產生的散斑進行解調來實現注冊和認證過程，該方法相比S. A. Goorden等的方法更容易工程實現，并且成本較低。然而，這兩種系統的注冊和認證過程速度較慢，需要較長的時間，并且環境光的影響較大，這嚴重地限制了它們的實用化。因此，設計具有高速注冊和認證過程并且能夠降低環境光影響的量子認證系統很有必要。

發明內容

為了克服現有量子認證系統速率較慢并且受環境光影響較大的缺點，本發明提供一種基于單光子激勵和光學PUF的認證系統，該系統不僅具有其它量子認證系統具有的安全性，并且能夠極大地提高注冊和認證過程的速率，以及降低環境光對認證系統的影響。

本發明的技術方案如下：

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鑰匙照明的發光二極管，用于對PUF鑰匙成像的4F成像系統，用于采集PUF鑰匙圖像的相機，用于對PUF鑰匙進行精確定位的電控三維平移臺，電控三維平移臺通過定位程序根據采集的圖像控制移動。

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，用于對所述光脈沖進行衰減的衰減片組，用于對單光子光束波前進行高速編碼的數字微鏡，用于采集散斑圖樣的相機。

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相機，所述相機可以是SCMOS相機，或EMCCD相機，或EBCCD相機。

所述成像定位子系統還依次包括：準直透鏡、分光棱鏡I、分光棱鏡II，其中，發光二極管位于準直透鏡入光側的焦點上，分光棱鏡I位于準直透鏡的出光透射方向上，分光棱鏡II位于分光棱鏡I的出光直射方向上；所述4F成像系統包括透鏡I和透鏡II，透鏡I位于分光棱鏡II的出光直射方向上，透鏡II位于分光棱鏡II的出光折射方向上，相機放置于透鏡II的出光側的焦點處，PUF鑰匙位于透鏡I的出光側的焦點處，PUF鑰匙由電控三維平移臺控制移動。所述分光棱鏡I、分光棱鏡II均為1：1的分光棱鏡。