[发明专利]一种基于单光子激励和光学PUF的认证系统

权利要求书

1.一种基于单光子激励和光学PUF的认证系统，其特征在于：包括成像定位子系统及认证子系统两个部分；

所述成像定位子系统至少包括：用于对PUF钥匙（8）照明的发光二极管（12），用于对PUF钥匙（8）成像的4F成像系统，用于采集PUF钥匙图像的相机，用于对PUF钥匙（8）进行精确定位的电控三维平移台（9）；所述成像定位子系统还依次包括：准直透镜（11）、分光棱镜I（5）、分光棱镜II（6），其中，发光二极管（12）位于准直透镜（11）入光侧的焦点上，分光棱镜I（5）位于准直透镜（11）的出光透射方向上，分光棱镜II（6）位于分光棱镜I（5）的出光直射方向上；

所述认证子系统至少包括：用于发出光脉冲的脉冲激光光源（17），用于对所述光脉冲进行衰减的衰减片组（1），用于对单光子光束波前进行高速编码的数字微镜（13），用于采集散斑图样的相机；所述认证子系统还包括位于衰减片组（1）出光方向上的反射镜（2）和位于反射镜（2）反射光方向上的扩束镜（3）；所述扩束镜（3）与准直透镜（11）分别位于分光棱镜I（5）的两个入射光方向上，扩束镜（3）、分光棱镜I（5）和数字微镜（13）在一条直光路方向上；

所述成像定位子系统中的用于采集PUF钥匙图像的相机和认证子系统中的用于采集散斑图样的相机均采用同一个相机（16）；

该认证系统的工作过程如下：

首先，将脉冲激光光源（17）发出的光脉冲通过衰减片组（1）进行衰减，得到单光子光束，通过反射镜（2）反射后经过扩束镜（3）进行扩束；

然后，对经过分光棱镜I（5）的光束使用数字微镜（13）进行高速编码，将编码后的光照射到光学PUF钥匙（8）上产生散斑，通过相机（16）采集散斑的图样；其中，不同的编码将得到不同的散斑响应，编码和散斑响应是一一对应的，组成编码激励-响应对，将这些激励-响应对储存起来，就实现了对PUF钥匙（8）的注册；

对PUF钥匙（8）进行认证时，在数字微镜（13）上加载一个在注册时使用过的编码，编码后的光照射到PUF钥匙（8）上产生散斑，采集散斑图样，再将采集到的散斑图样与储存的编码激励-响应对进行对比，如果此时编码激励-散斑响应能够和储存的编码激励-响应对一致，则认证通过，否则认证不通过。

2.根据权利要求1所述的基于单光子激励和光学PUF的认证系统，其特征在于：所述4F成像系统包括透镜I（7）和透镜II（10），透镜I（7）位于分光棱镜II（6）的出光直射方向上，透镜II（10）位于分光棱镜II（6）的出光折射方向上，相机（16）放置于透镜II（10）的出光侧的焦点处， PUF钥匙（8）位于透镜I（7）的出光侧的焦点处，PUF钥匙（8）由电控三维平移台（9）控制移动。

3.根据权利要求1所述的基于单光子激励和光学PUF的认证系统，其特征在于：所述相机（16）的入光口处设置有电动滤光片转轮（15），电动滤光片转轮（15）上不同位置的两个孔上分别安装有衰减片和窄带带通滤光片；电动滤光片转轮（15）旋转带动窄带带通滤光片或衰减片位于相机（16）的入光口处，从而使成像定位子系统中使用衰减片，认证子系统中使用窄带带通滤光片。

4.根据权利要求1所述的基于单光子激励和光学PUF的认证系统，其特征在于：所述电控三维平移台（9），通过定位程序根据采集的图像控制移动。

5.根据权利要求1所述的基于单光子激励和光学PUF的认证系统，其特征在于：还设置有用于对PUF钥匙（8）的定位过程光路和认证过程光路进行切换的光快门I（4）和光快门II（14）； 所述光快门I（4）设置于扩束镜（3）与分光棱镜I（5）之间，所述光快门II（14）设置于透镜II（10）与电动滤光片转轮（15）之间。