超强激光科学卓越创新简报
(第五百零九期)
2024年4月18日
上海光机所提出利用纳米金的光热效应制备光学PUF的新方案
近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部邵宇川研究员研究团队，提出一种利用纳米金光热效应制备光学PUF的新方案，相关研究成果以“Physical Unclonable Functions based on Photothermal Effect of Gold Nanoparticles”为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces。
目前，常见的防伪标签由于其固定的生产流程，很容易被仿制。物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions,PUFs)利用材料在制备过程不可控的制备偏差，可生成独特且不可复制的响应信号作为防伪编码。正如世界上不存在两个完全相同的树叶，即便是制造商也无法制造两种一模一样的PUF。尽管光学PUF由于其高编码容量、高响应对比度受到研究人员的广泛关注，但是其仍面临着许多挑战：散射PUF响应信号不稳定；荧光PUF的使用寿命受到荧光漂白的威胁；拉曼PUF认证系统复杂，需要昂贵的光谱解码设备。下一代光学PUF需要免疫荧光、拉曼激发的能力，从而在根本上消除材料本身缺陷对光学PUF安全性能的影响。
研究人员提出一种利用纳米金光热效应制备光学PUF的新方案。该方案以优化熔石英亚表面缺陷的面密度和响应强度为起点，利用光热效应明显的金纳米颗粒替代亚表面缺陷，生成响应对比度足够高的响应信号。通过优化制备工艺实现了金纳米颗粒最佳面密度，最大限度地提升了PUF的编码能力。制备出的光学PUF不仅满足了唯一性、可靠性、位均匀性等PUF性能要求，其编码秘钥还通过了NIST随机数测试，验证了其随机性。该工作为光热效应在光学PUF上实现应用提供了有力支撑。
图 1基于纳米金光热特性的光学PUF原理示意图
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