[发明专利]一种基于单光子激励和光学PUF的认证系统

说明书

本发明提出一种基于单光子激励和光学PUF的认证系统，该方法和系统使用激光脉冲衰减的方法制备单光子源，利用高速DMD数字微镜对入射光波前进行高速编码，将编码后的光照射到随机介质构成的光学PUF钥匙上产生散斑响应，利用sCMOS相机、EMCCD相机或EBCCD相机采集散斑图样，利用散斑信息进行PUF钥匙的注册和认证。本发明利用了单光子的量子不可克隆性和随机介质PUF钥匙的不可复制性，从物理上保证了认证过程的安全性，利用了窄带带通滤光片对环境光进行滤波，降低了环境光的影响，在安全领域具有极好的应用前景。

技术领域

本发明涉及身份认证系统，具体涉及一种基于单光子激励和光学PUF（物理不可克隆函数）的认证系统，属于安全认证技术领域。

背景技术

基于物理不可克隆函数（PUF）的认证系统具有非常好的安全性，在下一代安全认证技术中有广阔的应用前景，最早的基于PUF的认证系统是利用光学无序介质实现的，它利用经典激光照射无序介质形成的散斑进行认证，散斑能够反映无序介质内部的结构信息，不同的无序介质能够形成完全不同的散斑图样，所以能够用散斑作为无序介质的标识进行认证；这种由随机介质构成的光学PUF钥匙具有不可复制性，它保证了其作为PUF认证钥匙的安全性。

随后，S. A. Goorden等提出了基于光学PUF的量子认证系统，采用了高度衰减后的相干光作为光源，每个光脉冲含有的光子数很少。该系统的安全性可以用量子安全系数S=K/n来描述，其中K为激励光的模式数，n为激励光脉冲的平均光子数，也就是说激励的光子数越少，系统的安全性越高。随后，龙衡等对S. A. Goorden等提出的量子认证系统进行了改进，他们利用自反馈程序控制空间光调制器对光学PUF钥匙产生的散斑进行解调来实现注册和认证过程，该方法相比S. A. Goorden等的方法更容易工程实现，并且成本较低。然而，这两种系统的注册和认证过程速度较慢，需要较长的时间，并且环境光的影响较大，这严重地限制了它们的实用化。因此，设计具有高速注册和认证过程并且能够降低环境光影响的量子认证系统很有必要。

发明内容

为了克服现有量子认证系统速率较慢并且受环境光影响较大的缺点，本发明提供一种基于单光子激励和光学PUF的认证系统，该系统不仅具有其它量子认证系统具有的安全性，并且能够极大地提高注册和认证过程的速率，以及降低环境光对认证系统的影响。

本发明的技术方案如下：

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钥匙照明的发光二极管，用于对PUF钥匙成像的4F成像系统，用于采集PUF钥匙图像的相机，用于对PUF钥匙进行精确定位的电控三维平移台，电控三维平移台通过定位程序根据采集的图像控制移动。

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，用于对所述光脉冲进行衰减的衰减片组，用于对单光子光束波前进行高速编码的数字微镜，用于采集散斑图样的相机。

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相机，所述相机可以是SCMOS相机，或EMCCD相机，或EBCCD相机。

所述成像定位子系统还依次包括：准直透镜、分光棱镜I、分光棱镜II，其中，发光二极管位于准直透镜入光侧的焦点上，分光棱镜I位于准直透镜的出光透射方向上，分光棱镜II位于分光棱镜I的出光直射方向上；所述4F成像系统包括透镜I和透镜II，透镜I位于分光棱镜II的出光直射方向上，透镜II位于分光棱镜II的出光折射方向上，相机放置于透镜II的出光侧的焦点处，PUF钥匙位于透镜I的出光侧的焦点处，PUF钥匙由电控三维平移台控制移动。所述分光棱镜I、分光棱镜II均为1：1的分光棱镜。