超強(qiáng)激光科學(xué)卓越創(chuàng)新簡(jiǎn)報(bào)

(第五百零九期)

2024年4月18日

上海光機(jī)所提出利用納米金的光熱效應(yīng)制備光學(xué)PUF的新方案

近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部邵宇川研究員研究團(tuán)隊(duì)，提出一種利用納米金光熱效應(yīng)制備光學(xué)PUF的新方案，相關(guān)研究成果以“Physical Unclonable Functions based on Photothermal Effect of Gold Nanoparticles”為題發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces。

目前，常見(jiàn)的防偽標(biāo)簽由于其固定的生產(chǎn)流程，很容易被仿制。物理不可克隆函數(shù)(Physical Unclonable Functions,PUFs)利用材料在制備過(guò)程不可控的制備偏差，可生成獨(dú)特且不可復(fù)制的響應(yīng)信號(hào)作為防偽編碼。正如世界上不存在兩個(gè)完全相同的樹葉，即便是制造商也無(wú)法制造兩種一模一樣的PUF。盡管光學(xué)PUF由于其高編碼容量、高響應(yīng)對(duì)比度受到研究人員的廣泛關(guān)注，但是其仍面臨著許多挑戰(zhàn)：散射PUF響應(yīng)信號(hào)不穩(wěn)定；熒光PUF的使用壽命受到熒光漂白的威脅；拉曼PUF認(rèn)證系統(tǒng)復(fù)雜，需要昂貴的光譜解碼設(shè)備。下一代光學(xué)PUF需要免疫熒光、拉曼激發(fā)的能力，從而在根本上消除材料本身缺陷對(duì)光學(xué)PUF安全性能的影響。

研究人員提出一種利用納米金光熱效應(yīng)制備光學(xué)PUF的新方案。該方案以優(yōu)化熔石英亞表面缺陷的面密度和響應(yīng)強(qiáng)度為起點(diǎn)，利用光熱效應(yīng)明顯的金納米顆粒替代亞表面缺陷，生成響應(yīng)對(duì)比度足夠高的響應(yīng)信號(hào)。通過(guò)優(yōu)化制備工藝實(shí)現(xiàn)了金納米顆粒最佳面密度，最大限度地提升了PUF的編碼能力。制備出的光學(xué)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(guò)了NIST隨機(jī)數(shù)測(cè)試，驗(yàn)證了其隨機(jī)性。該工作為光熱效應(yīng)在光學(xué)PUF上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用提供了有力支撐。

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圖 1基于納米金光熱特性的光學(xué)PUF原理示意圖