专利名称：：集成puf的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种形成々兆战-应答(challenge-response,口令-应答)对的装置。
背景技术：
：例如WO2005/048179已公开为了安全目的而使用的"物理不可复制功能"(PUF)。集成PUF到产品例如智能卡、芯片或存储介质后，使得很难再去生产该产品的复制品。在该文献中，"克隆，，意味着产品的物理拷贝或能够可靠地预测产品的输入输出行为的模型。物理拷贝的难度很大，因为PUF制造是不可控工艺并且PUF是非常复杂的物体。由于PUF的复杂性，精确建模是非常困难的；稍微改变输入就会导致很大偏差的输出。PUF的唯一性和复杂度使其非常适用于识别(identification)、认证(authentication)或密匙生成的目的。通常，证明方(provingparty)应当通过挑战(challenge)PUF来证明访问(access)密码(secret),其中通过所述才兆战形成了唯一和不可预测的应答。该应答提供给校验方(verifyingparty),用于证实证明方(provingparty)实际上能够访问密码(secret)。当然，证明/-睑证应当在不泄露密码的情况下进行，其通常包括加密和/解密。PUF仅能通过与PUF分离的算法访问，任何绕过或操纵算法的举动都会损坏PUF。PUF例如实施在用户使用的令牌(token)中，用户采用该令牌以为自己授权并由此访问某些服务和装置。令牌可以例如包括通过射频信号通信或通过有线接口(例如USB)与要访问的装置进行通信的智能卡(smartcard)。为此，可以采用包括物理结构的光学PUF,该物理结构包括以光散射方向随机分布的方式设置的光散射材料。光散射材料可以例如包括一块环氧树脂，其包括玻璃球、气泡或任何类型的散射颗粒，和/或一个或多个具有预定粗糙度的半反射层。环氧树脂也可以由某些其他透明物质代替。发射激光穿过该光学PUF产生了斑紋图案(specklepattern),其强烈依赖于入射波阵面(wavefront)的属性以及PUF的内部结构。可以通过移动或倾斜激光或改变激光束的焦点而改变输入(波阵面)。通常，通过光源(例如激光)从输入侧照射PUF,光散射材料在PUF的输出侧面上产生可以被照相机传感器探测的斑紋图案。利用该材料中光散射的随机性和唯一性来形成"挑战-应答，，对以及在认证和识别机制中使用密钥材料。对光PUF的输入(即挑战，challenge)可以例如是激光入射角、焦距或激光波长、激光束掩膜图案阻挡的部分或在激光束波阵面中任何其他的变化。光PUF的输出(即应答)是斑紋图案。输入-输出对通常指"挑战-应答"对(CRP)。由于即使已知了散射元件的具体位置，复制品中散射元件的精确定位实际上几乎是不可能的并且即使要得到也非常昂贵，因此复制光学PUF非常困难。
发明内容本发明的目的是提供用于形成"挑战-应答"对的装置，其中该装置的制造有成本效益。根据所附独立权利要求的装置可以实现本目的。本发明的优选实施例由从属权利要求限定。根据本发明的第一方面，本发明提供一种形成挑战应答对的装置，其包括辐射源、^i战4奮改元件(challenge-modifyingelement)、辐射散射元件和辐射-探测元件。设置辐射源以通过辐照(irradiatie)所述挑战修改元件而形成挑战(challenge—)。激光束直接入射到所述挑战修改元件上，或通过例如反射元件，例如镜面或棱镜等从激光器导向到所述挑战-修改元件。设置挑战修改元件以改变从所述辐射源接收的辐射，并将所述修改的辐射导向所述辐射散射元件。设置所述辐射散射元件以散射经所述挑战修改元件从所述光源接收的光，并把所述光导向所述辐射探测元件。设置辐射探测元件以形成对所述修改和散射光的应答，该光通过所述辐射散射元件从所述辐射源接收。并且，所述辐射散射元件优选设置成这样，散射的辐射，其到达所述辐射探测元件，穿过所述辐射散射元件和所述辐射探测元件之间的虚平面(imaginaryplane)，并且所述挑战修改元件和所述辐射探测元件都设置在所述虚平面的同一侧。在所述辐射散射元件的同一侧提供辐射探测元件和挑战修改元件的优点在于，由于元件的布线设置变得更容易，该装置更易于组装。优选设置所述挑战-应答元件以通过改变所述辐射在所述辐射散射元件处的入射点、所述辐射入射到所述辐射散射元件处的角度和/或入射到所述辐射散射元件上的所述辐射的相位而改变所述挑战。换句话说，通过改变或修改挑战，也可以改变对应于4'务改的糸lL战的应答(response)。有利地，所述挑战-修改元件和所述辐射探测元件都设置在同一衬底上。这使装置的制造变得容易，并且其使装置内部元件的对准更容易。优选地，辐射源与辐射探测元件都设置在所述虚平面的同一侧。更有选地，所述辐射源与所述挑战修改元件和所述辐射探测元件设置在相同的衬底上。因此，得到了一个紧凑的集成元件，包括装置的所有电可控制元件，其使装置的组装更容易。并且，该紧凑集成装置使得更容易产生具有最优尺寸的波紋，用于根据例如CMOS技术由辐射探测元件所探测。根据本发明的一个实施例，挑战修改元件包括可移动和/或可绕轴旋转(pivotable)的透镜。因此，通过改变所述透镜的位置或通过改变所述透镜相对于其主轴的入射角，可以形成不同的挑战。在本文中，相同的术语"透明"和"反射"分别用于对从所述辐射源发射的辐射部分为透明或反射性的物体，其中所述辐射探测元件对该辐射部分是敏感的，在该辐射达到所述辐射探测元件之前，其可能已经被变频了。使用可移动(translatable)透镜而不是例如静态SLM或SPM的一个优点在于，与控制或寻址包括大量镜面的SLM相比，需要更少的元件来控制透镜。有益地，所述透镜具有反射表面，并且所述反射表面在光学上设置在所述透镜后面。在本文中，当第一表面光学地设置在一个元件后面时，这意思是在辐射到达所述第一表面之前，首先到达所述元件。在所述透镜光学地后面提供反射表面的优点在于，通过反射辐射很容易把辐射导向到所述散射元件上的不同位置。有益地，所述4兆战修改元件包括可绕轴旋转(pivotable)的镜面，其提供改变辐射入射到所述光散射元件的入射角的精确方法。根据本发明的一个实施例，所述可绕轴旋转镜面也是可移动的，以使通过调节镜面的位置，可以反射入射辐射的不同部分。有益地，所述挑战修改元件包括几个分别可控的区域，其经设置以使每个区域能够独立地改变其他可控区域的所述入射辐射的一部分。一个示例，所述挑战修改元件包括镜面阵列，其中每个镜面可独立于其他镜面来轴转动。并且，每个镜面可以设置为许多倾斜状态，每个状态对应于镜面的不同倾斜角度。因此，通过在不同倾斜位置设置不同的镜面，可以提供许多不同的挑战(challenge)。所述区域也可以是液晶(LC)元件或^象素元件(pictureelement)，其能够彼此独立地改变入射辐射的相位。换句话说，通过激活像素元件，入射到其上的光会向光散射元件反射，并且如下所述可以形成多个不同的挑战应答对。当液晶元件暴露在光下时(直接从光源或通过散射元件)，光束会在LC元件处被反射或经受相变(或偏振状态的变化)。通过设置LC元件以使该元件能设定很多个光学状态，与LC元件在关和开状态之间切换相比，光相位会以连续方式改变。反射的光将入射到光散射元件上。因此，从光源入射到散射元件上的光-挑战，被在LC元件上反射的光修改，并形成修改的挑战和到散射元件的输入。光散射元件散射入射光以形成随机斑紋图案并散布在光探测元件上。该随机图案由探测元件探测，并由此形成对修改挑战的应答。因此，LC元件将用作入射光的相位或偏振调节器，其具有修改入射到散射元件的光的作用。通常，挑战修改的程度取决于激活像素元件的数量，以及激活像素元件的实际组合。许多激活的像素元件会产生很大程度的挑战修改，以及增加挑战空间。提供给光散射元件的每个新挑战将会形成照明光探测元件的光的不同斑紋图案。因此，激活象素元件(actuatedpictureelement)的每个新组合会产生新的、修改的挑战和相应的新应答。由此，形成新的挑战-应答对。优选地，所述挑战修改元件是微机电系统器件(MEMS)，例如空间光调制器(SLM)或空间相位调制器(SPM),包括可移动镜面二维阵列。所述辐射散射元件优选光学地设置在所述辐射源后面，而在所述挑战应答元件之前。并且，设置所述辐射散射元件以把来自所述辐射源的光导向所述挑战修改元件。并且，优选设置所述辐射散射元件以形成辐射束以使其截面适于所述挑战修改元件的面积(area)。当使用SLM、SPM或者其他相对较大的挑战修改元件时，所述辐射散射元件优选包括椭圆或球形的部分，其在辐射束到达所述SLM之前使其准直。当使用小的可移动镜面作为挑战修改元件时，所述辐射散射元件优选包括例如椭圆或球形的聚焦部分。有益地，所述辐射散射元件具有回射(retro-reflection)元件，设置以防止光被镜面反射到所述辐射探测元件上，所述回射元件优选为反射性表面。所述辐射束优选为激光。所述辐射探测元件优选为CMOS探测器。本发明的基本原理是，在虚平面的同一侧设置辐射探测元件、挑战修改元件以及优选地光源，在提供挑战应答对的装置中虚平面把所述辐射探测元件与辐射散射元件分开。因此，很容易形成具有所需的最小斑紋尺寸的斑紋图案，并提供更容易组装的装置。更具体地，光形式的挑战发射到光散射元件上，其中光会在光散射元件散射并被光探测元件探测为对挑战的应答。激光二极管形式的光源通常用于形成发射到散射元件上的光。射到散射元件上的光称为挑战。发射光被散射并分布在光探测元件上，其中通过光探测元件检测对挑战的应答。光散射元件包括包含随机分布的光散射颗粒或简单物理不规则形状的透明材料，其散射入射光以形成随机斑紋图案并散布在光探测元件上。该随机图案由光探测元件探测，并认为是对提供给光散射元件的挑战(即光)的应答。由此，形成了"挑战-应答"对。并且，通过集成包括多个象素元件(优选以矩阵形式设置)的显示器，如上所述，能形成的挑战应答对的数量显著增加。下面将参考附图给出本发明的优选实施例的详细描述，如下图1示出了根据本发明用于形成挑战应答对的装置的示意性截面侧视图，其中挑战修改器包括SPM。图2示出了根据本发明用于形成挑战应答对的装置的示意性截面侧视图，其中所述挑战修改器包括可绕轴旋转的反射面。图3示出了根据本发明用于形成挑战应答对的装置的示意性截面侧视图，其中所述挑战修改器包括可移动(translatable)镜面透镜。图4-7示出了根据本发明用于形成挑战应答对的装置的示意性截面侧视图，其中辐射源与挑战修改器和辐射探测元件设置在相同的衬底上。在这些附图中相同的附图标记表示相同的元件。具体实施方式图1示出了根据本发明用于形成挑战应答对的装置100的示意性截面侧视图。设置激光二极管101以发射光到光散射元件103，其即为包含随机分布的光散射颗粒104的光透射材料。入射到散射元件上的光随机散射到多个光探测器105上。因此，光散射元件具有由激光二极管发射光的形式的挑战(challenge)。另外，所述装置100包括挑战修改元件102,用于改变挑战，即修改入射到所述辐射散射元件103上的辐射以使不同的辐射图案被所迷辐射探测元件103探测。有利地，所述装置100包括光学元件106,其基本准直该激光束，以在所述挑战修改元件102的有源区上均匀分布所述激光。根据本实施例，挑战修改元件102包括SLM,SLM又包括可旋转反射元件，以使能够改变入射光束的选定部分的方向。通过改变所述激光束的方向，也改变了在所述光散射元件103处的所述激光辐射的入射点。因此，随着激光束被所述辐射散射元件103散射的变化，改变了在所述辐射探测器105上成像的斑紋图案。从而，当改变了入射点之后，探测器返回了不同的应答。优选地，设置SLM以使反射元件可以在两个正交方向上独立地旋转，以得到尽可能多的挑战(challenge)。可选择地，SPM可以用于代替所述SLM。该SPM可以例如是由二维可移动镜面阵列构成的MEMS(微机电系统)装置。激活镜面导致，与由非激活的像素或镜面反射的光相比，由这些镜面反射的光具有不同的路径长度，由此空间地改变反射光的相位分布。对每个挑战，可以设定不同的镜面阵列分布。通常，辐射散射元件103设置在虚平面107的第一侧面上，而所述挑战修改元件102和所述辐射探测元件105设置在所述虚平面107的第二侧面上。因此，激光通过所述虚平面至少两次。一次是激光被所述挑战修改元件102反射之后但在被所述辐射散射元件103散射之前，另一次是其被所述辐射散射元件103散射之后而在其入射到所述辐射探测元件105之前。当所述辐射探测元件包括平面辐射敏感表面时，所述虛平面优选平行于所述辐射敏感表面。根据本发明实施例，虚平面107不平行于所述探测元件的敏感表面。可选地，附加散射装置113可以设置在所述散射元件103的输出(outgoing)表面上。图2示出了根据本发明第二实施例用于形成挑战应答对的装置200的示意性截面侧视图。图2所示出的装置如图1中所描述的装置那样设置，除了SLM或SPM交换为小的可旋转反射元件，即设置为反射入射辐射的元件，例如镜面或棱镜，其中光通过例如全内反射来被反射。有利地，该装置包括束成形光学元件206,其聚焦辐射到所述可旋转元件上。通过旋转该元件202以改变入射到所述辐射散射元件处的角度，可以得到不同的挑战。优选地，所述反射元件是可在两个垂直方向上旋转的，以得到许多的挑战。并且，所述可旋转反射元件可以通过可控的方式可选地设置为所述激光的极化状态。根据本发明的实施例，虛平面平行于辐射探测元件105的敏感表面。图3示出了根据本发明第三实施例的用于形成挑战应答对的装置300的示意性截面侧视图。图3中说明的该装置如图2中描述的装置一样设置，除了所述可轴转动反射元件换成光学设置在反射表面309前的可移动透镜302。在该实施例中，所述透镜302是半球形的。激光束优选聚焦在所述反射表面上。透镜至少可以在一个方向上移动，为了得到优选地,所述方向平行于衬底110的表面，在该衬底上上可以设置挑战修改元件和辐射探测元件。在图3中，示出了透镜的两个不同的位置。每个位置形成了不同的激光聚焦位置，由此使激光束形成了不同的入射角。因此，对激光束的每个位置形成不同的斑紋图案。图4示出了根据本发明第四实施例用于形成挑战应答对的装置400的示意性截面侧视图。图4中说明的装置如图3中描述的装置一样设置，除了激光器101与所述挑战修改元件102和所述辐射探测元件105设置在所述虛平面107的同一侧。并且，所述辐射源101，所述挑战修改元件102和所述辐射探测元件105设置在共同的优选由硅制成的衬底410上。另外，所述光散射元件403具有用于把激光束导向所述挑战修改元件的光学装置406。优选地，所述光学装置406是反射球形表面，其光学地设置在所述激光器101之后，而在所述挑战修改元件102之前。因此，激光首先进入光散射元件403,然后通过所述光学装置准直，以使激光分布在整个所述挑战修改元件102上。然后准直束在其第二次进入散射元件403之前被挑战修改元件102反射。在辐射散射元件内没有被散射的光束部分由平面反射表面回射(retro-reflected)到挑战修改元件。这样，没有镜面反射光会到达辐射探测装置，并且辐射散射元件403的照明区域不会被镜面反射增加。通常，散射光408的一部分会到达硅衬底上的光探测元件的敏感区域。激光辐射的波长，从光散射元件产生的散射束的直径和光散射元件与光探测元件之间的距离，将会基本上确定传感器上的最小斑紋尺寸。光散射颗粒104和光探测元件105之间的距离越大，最小斑紋尺寸就会更大。对于0.8jum的波长，0.4nm的束直径和0.5mm的距离，最小斑紋尺寸(specklesize)等于2ium。为了精确确定斑紋图案，像素尺寸应当小于lym,在实际上也是可行的。图5示出了根据本发明的第五实施例的形成挑战应答对的装置500的示意性截面图。图5中说明的装置如图4中描述的装置一样设置，除了挑战修改元件是例如图2中描述的轴旋转镜面(未示出)，或如图3中描述的可移动透镜302。设置所述辐射散射元件503的一个光学装置506以把光聚焦在挑战修改元件102上，例如通过反射球面。随着激光通过所述光学装置聚焦到所述挑战修改元件，所述辐射散射元件503的回射表面511优选为球面，以使所述光散射元件的照明面积保持最小。图6示出了根据本发明的第六实施例的形成挑战应答对的装置600的示意性截面图。图6中说明的装置如图4中描述的装置一样设置，除了挑战修改器602包括像素元件，即设置为向用户显示可见图像的元件，并相应地修改该装置。液晶(LC)层612设置在像素元件和光探测元件顶上，覆盖层设置在LC层顶上。并且，光散射元件603位于在覆盖层顶上。所述散射元件包括辐射散射颗粒604。通过激活这些像素元件602的一个或多个，入射到其上的光会反射到散射元件603。该散射元件不仅被提供来自激光二极管101的直接光，也被提供在激活像素元件处反射的光。因此，像素元件的激活导致了输入到散射元件的光的变化。这会导致由光散射元件603形成并散布在光探测器105上的随机斑紋图案的变化。因此，通过激活像素元件的挑战修改导致光探测器探测的应答中的变化。因此，可以通过控制像素元件形成新的"挑战-应答"对。在使用LCD技术的情况下，由光散射元件散射的光通过LC层612分布在光探测器105上。优选地，采用保护玻璃覆盖板613。该覆盖板613可以集成有散射元件603。在光探测器105上散射的随机光图案表示对由激光二极管101形成的挑战的应答。图7示出了根据本发明的第七实施例的形成挑战应答对的装置700的示意性截面图。图7中说明的装置如图6中描述的装置一样设置，除了像素元件602中散布有光探测器105。通过激活这些像素元件的一个或多个，通过光散射元件603入射到其上的光将在散射元件的方向上被反射。现在，散射元件不仅被提供来自激光二极管101的直接光，也被提供在激活像素元件处反射的光。因此，像素元件的激活导致了输入到散射元件的光的变化。这会导致由光散射元件103形成并散布在光探测器105上的随机斑紋图案的变化。因此，通过激活像素元件的挑战修改导致由光探测器探测的应答中的变化。因此，可以通过控制像素元件形成新的挑战-应答对。假若挑战修改元件包括几个分开别地可控的区域或矩阵元件，自然地，挑战修改元件和辐射探测元件的散布设置(interspersement)可以使用在所有的上述实施例中。在图4至图7中，应当注意，每个光散射元件103、403、603、703都用作PUF。然而，只有设置有散射颗粒104、604的散射元件部分被认为具有随机散射功能。因此，在图4至6中，仅仅部分散射元件203、603、703提供PUF功能。在各挑战应答对产生装置中也有可能包括多个光散射元件。从而，有可能散布(intersperse)像素元件、光探测元件和光散射元件以形成更大的4兆战空间(challengespace)。实施例一至实施例七的所有附图都是三维装置的二维表示。然而，在这些图中的某些光学元件，不需要位于一个平面内。例如进入光散射装置的光会被进入表面部分地反射。为了避免这种空间反射光到达光探测器，这些探测器优选放置在所画平面的之前或之后。在上述本发明的优选实施例的详细描述中，当采用LC技术时，覆盖玻璃应该具有透明导电层，其具有(恒定)电压。参考示例性实施例描述了本发明，但是许多不同的变化、修改等对于本领域技术人员来说都是很清楚的。因此所述实施例并不倾向于限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求限定。权利要求1.一种用于形成挑战应答对的装置(100)，包括辐射源(101)，挑战修改元件(103)，辐射散射元件(102)，和辐射探测元件(105)；所述辐射源经设置用来通过辐照所述挑战修改元件形成挑战；所述挑战修改元件经设置用来改变从所述辐射源接收的辐射并把所述修改的辐射导向所述辐射散射元件；所述辐射散射元件经设置用来散射通过所述挑战修改元件接收来自所述光源的光；和所述辐射探测元件经设置用来形成对所述修改和散射辐射的应答，所述修改和散射辐射经所述辐射散射元件从所述辐射源接收。2.根据权利要求1的装置，其中所述挑战修改元件和所述辐射探测元件设置在虛平面(107)的第一侧面上，并且所述辐射散射元件设置在所述虛平面的第二侧面上，以使所述散射辐射在其到达所述辐射探测元件之前贯穿过所述虚平面。3.根据权利要求1或2的装置，其中所述挑战修改元件(102)经设置用来修改所述挑战，这通过改变所述辐射在所述辐射散射元件(103)的入射点；所述辐射入射到所述辐射散射元件的入射角，和/或入射到所述辐射散射元件上的所述辐射的相位。4.根据权利要求1或2的装置，其中所述挑战修改元件(102)和所述辐射探测元件(105)设置在同一衬底(110)上。5.根据权利要求1的装置，其中所述挑战修改元件(102)包括可移动或可轴旋转的透镜(302),光学地在其之后设置反射性表面，所述透镜优选地可绕两个不同的旋转轴旋转。6.根据权利要求1的装置，其中所述挑战修改元件包括至少一个可轴旋转反射表面(202)，优选设置成绕两个不同的旋转轴旋转。7.根据权利要求6的装置，其中所述挑战修改元件包括几个不同的分别可控的区域(102),其设置成使得每个区域能独立于其他可控区域^修改一部分所述入射辐射。8.根据权利要求6或7的装置，其中所述挑战修改元件是微机电系统装置，并且优选为包括二维可移动镜面阵列的空间光调制器或空间相位调制器。9.根据权利要求1的装置，其中所述挑战修改元件包括反射性液晶元件。10.根据权利要求1或4的装置，其中所述辐射源(101)与所述挑战修改元件和所述辐射探测元件设置在同一衬底(410)上。11.根据权利要求10的装置，其中所述辐射探测元件(403)还包括反射性聚焦调节元件(406),其经设置用来通过反射准直或再聚焦从所述辐射源U01)入射的辐射，其中该聚焦调节元件光学地设置在所述辐射源和所述辐射修改元件(402)之间。12.根据权利要求ll的装置，其中所述聚焦调节元件(406)是椭圆反射性表面，优选为球形反射性表面。13.根据权利要求1的装置，其中所述辐射散射元件(403)具有回射元件(411),其经设置用来阻止光从所述挑战修改元件(402)镜面反射到所述辐射探测元件(105)。14.根据权利要求1的装置，其中所述光源(101)包括激光二极管。15.根据权利要求l的装置，其中所述装置是物理不可复制功能装置，具有包括散射颗粒的涂层。全文摘要在用于提供问询应答对的装置中，辐射探测元件、挑战修改元件和光源优选设置在虚平面的同一侧上，该虚平面把所述辐射探测元件与辐射散射元件分开。因此，很容易产生具有所需最小斑纹尺寸的斑纹图案并提供更容易组装的装置。文档编号H04L9/32GK101292465SQ200680038687公开日2008年10月22日申请日期2006年10月11日优先权日2005年10月17日发明者B·斯科里克,P·T·图伊尔斯,W·G·奥菲申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司