基于可重构激光散射光学PUF的防伪标签及其认证方法

本发明涉及防伪安全领域，具体来讲，涉及一种基于可重构激光散射光学puf的防伪标签、以及一种基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的认证方法。

背景技术：

1、目前，国内外主要的采取的防伪技术有油墨水印、雕刻印刷及激光全息等。油墨水印防伪是一种利用各类荧光物质，利用光的反射、折射、透射、干涉等基本原理的光学防伪方法。通过制作一个重复认证的独特的防伪标签，并在特定的波长下照射显示出编码信息。然而，这类防伪标签的制备是都依赖于确定的生产过程，虽然这些标签成本较低，但其简单可重复的制备工序与有规律的解码机制往往给许多造假者可乘之机，造假者依然可以复制、伪造这些标签，从而使防伪效果失效。

2、物理不可克隆函数(physical unclonable function,puf)是指利用物质的内部物理结构来唯一标识的技术，每个输入挑战都会得到一个独特且不可预测的响应。近年来，puf已发展成为一个可靠的认证和防伪系统。puf极其复杂的自身结构使得造假者即便使用相同的工艺，也不可能重复生产另一块完全相同的puf，具有优异的独特性。在众多类型的puf中，光学puf制备成本低、响应读取简单迅速，得到了广泛关注与研究。特别是基于激光散射的三维无序粒子puf，由于激光对散射体内部结构的极其敏感，散射体内部结构的细微的变化便会导致激光散斑的完全不同，使得造假者伪造更加困难。然而，激光散射型puf一旦被制造出来其无序结构就确定了，因此表现出固定的挑战-响应行为，导致编码容量相对有限且存在被建模攻击的风险。例如，透明材料的激光散斑图案和纸张表面上的激光信号都存在信息不能改变和编码能力低的问题。

3、因此研究和发展具有更大挑战-响应调控自由度和更高安全性的激光散射型puf具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种具有良好可重复性、编码容量高、挑战-响应调控自由度大的可逆r-puf防伪认证标签。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于可重构激光散射光学puf的防伪标签，所述防伪标签可包括可逆相变层和无序散射介质层，可逆相变层贴合在无序散射介质层的上表面，且可逆相变层的厚度为50nm～1000nm，平均颗粒尺寸为20nm～500nm。

3、在本发明的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的一个示例性实施例中，所述可逆相变层可包括vo2和gst。

4、在本发明的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的一个示例性实施例中，所述可逆相变层发生相变的方式可为热刺激、电刺激、光刺激或者应变刺激。

5、在本发明的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的一个示例性实施例中，所述无序散射介质层可为tio2、zro2或者zno。

6、在本发明的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的一个示例性实施例中，所述可逆相变层的厚度可以为150nm～450nm，平均颗粒尺寸可以为200nm～500nm。

7、在本发明的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的一个示例性实施例中，所述可逆相变层可在重构前后的汉明距离能够处于0.4～0.6之间。

8、本发明另一方面提供了基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的认证方法，所述认证方法可包括：诱导如上所述的防伪标签上的可逆相变层发生可逆相变，完成防伪标签的散斑重构，获取重构前的散斑图和重构后的散斑图；将所述防伪标签重构前的散斑图和重构后的散斑图分别进行数字化处理提取密钥，获得重构前的密钥ki(l)和重构后的密钥ki(h)，将重构前的密钥和重构后的密钥进行布尔运算构成注册密钥ki，并存储至激光散斑读取设备的数据库中；利用激光散斑读取设备获取待认证防伪标签重构前的密钥kx(l)和重构后的密钥kx(h)，并进行布尔运算形成待认证密钥kx，计算待认证密钥kx与注册密钥ki的汉明距离，当(kx,ki)的汉明距离小于预设阈值t时，则用户身份认证成功，反之，则用户身份认证失败。

9、在本发明的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的认证方法的一个示例性实施例中，所述预设阈值t可以为0.1～0.3。

10、在本发明的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的认证方法的一个示例性实施例中，所述认证方法还可以包括：判断待认证防伪标签在刺激条件下的密钥相似度变化曲线特征和数据库中注册的防伪标签在刺激条件下的密钥相似度变化曲线特征是否相符，若是，则用户身份认证成功，反之，则用户身份认证失败。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

12、(1)本发明提出了一种可重构激光散射光学puf，利用vo2的可逆相变特性实现了激光散射型puf的重构，有效地解决传统激光散射型puf挑战-响应特性固定及编码容量受限的问题；

13、(2)本发明形成的基于可重构激光散射光学puf的防伪认证标签具有良好可重复性、编码容量高、挑战-响应调控自由度大、安全性高的特点；

14、(3)本发明形成的基于可重构激光散射光学puf的防伪认证方法从“激光-散斑”重构和相似度滞后曲线特征两个加密维度出发来完成用户身份认证，这有效地阻止了通过伪造散斑的攻击方式，提升了造假者破解密码信息的难度。

技术特征：

1.一种基于可重构激光散射光学puf的防伪标签，其特征在于，所述防伪标签包括可逆相变层和无序散射介质层，可逆相变层贴合在无序散射介质层的上表面，且可逆相变层的厚度为50nm～1000nm，平均颗粒尺寸为20nm～500nm。

2.根据权利要求1所述的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签，其特征在于，所述可逆相变层包括vo2和gst。

3.根据权利要求1所述的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签，其特征在于，所述可逆相变层发生相变的方式为热刺激、电刺激、光刺激或者应变刺激。

4.根据权利要求1所述的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签，其特征在于，所述无序散射介质层为tio2、zro2或者zno。

5.根据权利要求1所述的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签，其特征在于，所述可逆相变层的厚度为150nm～450nm，平均颗粒尺寸为200nm～500nm。

6.根据权利要求5所述的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签，其特征在于，所述可逆相变层在重构前后的汉明距离能够处于0.4～0.6之间。

7.一种基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的认证方法，其特征在于，所述认证方法包括：

8.根据权利要求7所述的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的认证方法，其特征在于，所述预设阈值t为0.1～0.3。

9.根据权利要求7所述的基于可重构激光散射光学puf的防伪标签的认证方法，其特征在于，所述认证方法还包括：判断待认证防伪标签在刺激条件下的密钥相似度变化曲线特征和数据库中注册的防伪标签在刺激条件下的密钥相似度变化曲线特征是否相符，若是，则用户身份认证成功，反之，则用户身份认证失败。

技术总结
本发明提供了一种基于可重构激光散射光学PUF的防伪标签及其认证方法，所述防伪标签包括可逆相变层和无序散射介质层，可逆相变层的厚度为50nm～1000nm，平均颗粒尺寸为20nm～500nm。所述认证方法包括：诱导可重构激光散射光学PUF的防伪标签发生可逆相变，完成防伪标签的散斑重构，并将防伪标签重构前的散斑图和重构后的散斑图进行数字化处理提取密钥，获得注册密钥K<subgt;i</subgt;并存储至数据库中；获取待认证防伪标签经散斑重构后形成的待认证密钥K<subgt;x</subgt;，当(K<subgt;x</subgt;,K<subgt;i</subgt;)的汉明距离小于预设阈值T时，则用户身份认证成功。本发明形成的防伪认证标签具有良好可重复性、编码容量高、挑战‑响应调控自由度大、安全性高的特点。

技术研发人员：黄婉霞,陈飞良,路学光,甘在鑫,杨一汀,唐露
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12