根据取向信息生成唯一码制造技术

在一般方面，使用取向信息来生成唯一码。在一些方面，从对象提取取向信息。对象包括多个元素，并且取向信息指示各个元素的相对空间取向。例如，可以通过用于检测元素的扫描器系统提取取向信息。基于取向信息来针对对象生成唯一码。在一些示例中，元素是各自具有一个或多个色心的金刚石颗粒，并且通过检测色心来提取取向信息。

Generating Unique Codes Based on Orientation Information

In general, orientation information is used to generate unique codes. In some ways, orientation information is extracted from objects. Objects include multiple elements, and orientation information indicates the relative spatial orientation of each element. For example, orientation information can be extracted by a scanner system for detecting elements. Generate unique codes for objects based on orientation information. In some examples, the elements are diamond particles with one or more color centers, and orientation information is extracted by detecting the color centers.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】根据取向信息生成唯一码相关申请的交叉引用本申请要求2016年3月8日提交的标题为“MethodsandSystemsforAuthenticatingObjectsUsingUniqueMarkers”的美国临时申请62/305,173的优先权，其通过引用而被包含于此。
技术介绍
以下说明涉及根据取向信息生成唯一码。防伪技术、密码协议和其它措施经常用于安全应用。防伪技术的示例包括全息图、荧光染料或工程DNA链。密码协议的示例包括认证方案(例如，数字签名协议、挑战-响应协议)和例如公钥基础设施(PKI)中的加密方案。附图说明图1A示出具有唯一认证标记的示例物品。图1B示意性示出图1A的示例独特标记物。图2A示意性示出包括金刚石晶体的示例颗粒，所述金刚石晶体包含缺陷中心。图2B示意性示出图2A的示例金刚石晶格中的NV缺陷中心。图3示意性示出在独特标记物中、主体材料中或上颗粒的示例随机分布。图4示意性示出用于测量独特标记物中的颗粒的位置和取向的示例扫描器系统。图5示出从荧光扫描获得的示例图像中的颗粒位置。图6示意性示出在独特标记物中、主体材料中的示例颗粒取向。图7示出用于计算颗粒取向的示例颗粒参照系取向。图8示出诸如金刚石中的NV中心等的颗粒的示例磁共振响应。图9A和9B示意性示出示例磁扫描配置。图10示意性示出颗粒位置和取向的示例参数化。图11A和11B示出两个示例颗粒位置和取向集合的比较。图12是示意性示出用于进行独特标记物的起始点扫描的示例过程的流程图。图13是示意性示出用于进行独特标记物的目的地扫描的示例过程的流程图。图14是示意性示出使用从对象提取的取向信息的示例过程的流程图。图15是示意性示出用于生成对象的唯一码的示例过程的流程图。图16是示意性示出示例认证过程的流程图。图17是示意性示出示例挑战-响应过程的流程图。具体实施方式这里所述的一些方面涉及基于取向信息生成唯一码。例如，可以使用唯一码来认证对象。例如，可以从标记物或另一对象提取取向信息。可以以与当前用于容易地标识对象的条形码和快速响应(QR)码类似的方式，使用唯一码来认证对象。可以使用本文论述的方法和系统来认证各种类型的对象。对象的非限制说明性示例包括钞票和证书、信用卡等、电子支付系统、投票系统、通信系统和元件、珠宝和收藏品、金刚石和宝石、包装、纸制品、电子器材箱、电子部件和系统(例如，集成电路、芯片、电路板)、零售商品(例如，手提包、服装、运动器材)、工业组件和系统(例如，机器零部件、汽车零部件、航空航天零部件)、(加工或未加工的)原材料(例如，锭、坯、原木、板坯)、食品和包装(例如，葡萄酒、烈酒、松露，香料)、药品、药品包装和批次、医疗装置和手术工具及其包装、官方文件(例如，合同、护照、签证)、数字存储系统和元件、邮件和邮政包装、印章和防篡改标签。应当理解，该列表的示例并非穷尽性的，并且可以使用本文公开的方法和系统来认证许多其它类型的对象。在一些实现中，对象是包括主体材料中的晶体颗粒或其它元素的集合的构造物。晶体颗粒可以被限制在认证标记物的区域内，或者晶体颗粒可以以其它方式分布在对象的一部分中。颗粒取向可以是随机分布的；颗粒大小和相对位置可以是规则的或随机分布的。在一些示例中，不太可能制作对象的具有类似颗粒组分的副本，因此对象可以被视为唯一的。标记物例如在贴附到物品时可以用作“指纹”，从而使得能够验证其真实性。在一些实现中，如下对物品进行认证。在将认证标记物应用于物品之后，利用用于将晶体的相对位置和取向登记在起始点位置和取向图中的起始点扫描器来进行初始或“起始点”扫描。在一些实现中，这通过在已知施加的磁场下针对各晶体并行地进行对晶体中的荧光原子缺陷的磁共振测量来进行。在一些情况下，除晶体的位置和取向外，还确定并登记各晶体的大小以用于认证。可以根据磁场矢量沿着缺陷中心轴的投影来计算颗粒取向。取向信息不必是完整的；可以使用取向的部分投影。取向信息可被认为是几何的。我们将缺陷中心表示为以其中心为起始点的单位矢量。可以使用围绕矢量的起始点的球面坐标来描述该矢量的取向。可以完全或部分地描述和知晓经度和纬度坐标。在一些示例中，通过测量缺陷中心向幅值和取向已知的磁场的塞曼效应(Zeemanshift)移动来询问取向信息。可以通过将缺陷中心取向投影到磁场平面上的单个测量来推导部分取向信息。可以通过将具有不同磁场取向的多个这样的测量组合来提取完全取向信息。一旦需要物品认证(例如，一旦物品到达目的地)，以与初始扫描类似的方式(但不一定利用相同的磁场或场配置)扫描物品上的认证标记物，第二扫描用于确定晶体的相对位置和取向。基于第二扫描时的磁场的预定设置来计算部分或完整的取向信息。该计算得到可以与来自先前扫描(例如，起始点扫描)的已知图进行比较的标记的取向图。一个示例比较是在先前扫描(起始点)图上找到如下位置值的集合，其中在该集合中的位置处，当前扫描(目的地)图上的各相应位置相差不超过值V。例如，V可以是各颗粒大小的一部分。对于该子集中的颗粒，可以在取向图中找到这些颗粒的取向。可以计算起始点图中的颗粒取向和目的地图中的颗粒取向之间的角度。仅在受到目的地扫描器的条件(例如，磁场强度、检测时间等)约束的情况下选择的、角度差小于预定阈值W的子集中的颗粒才被认定为匹配。如果两个图超过匹配的阈值标准，则目的地处的物品可被视为真品并被唯一标识。一个阈值标准可能是匹配颗粒的部分为起始点位置图中的颗粒总数的90％。在一些实现中，独特标记物中的晶体颗粒包含荧光色心，使得可以使用标准成像技术来获得这些晶体颗粒的位置和大小。还可以使用标准荧光显微镜与磁共振技术结合的变型来确定晶体颗粒的取向。颗粒的相对取向可以是随机的(颗粒的相对位置和大小也可以是随机的)，并且足够大的颗粒集合通常在其属性方面将是独特且不同的。可以利用金刚石中的氮空位中心(NVC)和包含色心的其它晶体颗粒的性质，以供在一些实例中用在独特标记物和其它对象中。晶体颗粒主体和色心的几个独特组合使得磁共振响应能够产生与颗粒有关的取向信息及其位置和大小的信息。金刚石中的NVC是表现出光学检测到的磁共振的色心的一个示例。NVC在利用低于600nm(通常为530nm附近)的光学辐射被激发时，表现出宽的、在635nm～800nm光学波长范围内的荧光响应。由于金刚石晶格的对称性和NV的组成，该中心的电子基态是具有内在晶体场的自旋三重态，所述内在晶体场对来自两个自旋1次级的自旋0次级的能量进行分裂。该能量分裂在2.8GHz附近的微波范围内，其中通过共振激发来驱动0次级和±1次级之间的转变。在沿着NV-对称轴施加磁场的情况下，±1次级在能量上与所施加的磁场的大小成比例地偏移(塞曼效应)。这导致两个不同频率满足共振条件。相反，如果场取向是已知的，则可以通过测量共振频率并反过来计算NV轴上的投影来获得包含NV的晶体的取向。另外，NVC的三重态/单电子构造有助于测量磁响应。在光辐射(<600nm波长)的短暂(<5μs)照射之后，由于单线态和三重态之间的固有相互转换，在停止照射时的几微秒之后，自旋为0、±1次级的相对群体改变并且优先极化为0态。此外，由于±1次级与自旋为0次级相比少产生～30％的荧光，因此这种相互转换得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：接收包含元素的对象；从所述对象提取取向信息，所述取向信息指示各个元素的相对空间取向，所述取向信息是被用于检测所述元素的扫描器系统提取的；以及基于所述取向信息来生成所述对象的唯一码。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.08 US 62/305,1731.一种方法，包括：接收包含元素的对象；从所述对象提取取向信息，所述取向信息指示各个元素的相对空间取向，所述取向信息是被用于检测所述元素的扫描器系统提取的；以及基于所述取向信息来生成所述对象的唯一码。2.根据权利要求1所述的方法，其中，提取所述取向信息包括：获得对施加到所述对象的照射的光学响应。3.根据权利要求1所述的方法，其中，提取所述取向信息包括：获得对施加到所述对象的照射的荧光响应。4.根据权利要求3所述的方法，其中，提取所述取向信息包括：获得所述对象的荧光图像；以及根据所述荧光图像确定各个元素的相对空间取向。5.根据权利要求3所述的方法，其中，获得对照射的光学响应包括：检测所述元素的响应于所述照射的变化的荧光变化，并且基于所检测到的荧光变化来确定所述相对空间取向。6.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所述取向信息生成的所述唯一码独立于所述照射施加到所述对象的任何角度。7.根据权利要求1所述的方法，其中，提取所述取向信息包括：获得对施加到所述对象的振荡电磁场的磁共振响应；以及基于所述磁共振响应来确定所述相对空间取向。8.根据权利要求7所述的方法，其中，获得所述磁共振响应包括：将所述对象定位在外部磁场中；将所述振荡电磁场施加到所述外部磁场中的所述对象；以及光学地检测所述元素的响应于所述外部磁场和所述振荡电磁场至少之一的相对变化的磁共振变化。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象包括元素的超集，所述方法还包括：提取指示所述超集中的仅元素子集的相对空间取向的取向信息；以及基于仅所述元素子集的相对空间取向来生成所述唯一码。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象包括元素的超集，所述方法还包括：提取指示所述超集中的所有元素的相对空间取向的取向信息；识别指示所述超集中的元素子集的相对空间取向的所述取向信息的子集；以及基于仅所述元素子集的相对空间取向来生成所述唯一码。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述取向信息是独立于所述对象相对于所述扫描器系统的配准而提取的。12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述元素是晶体颗粒，并且所述对象包括固定在介质中的所述晶体颗粒。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述晶体颗粒是各自包含色心的金刚石颗粒，并且提取所述取向信息包括：检测所述色心的相对取向。14.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括：从所述对象提取位置信息，所述位置信息指示各个元素的相对空间位置；以及基于所述取向信息和所述位置信息来生成所述对象的唯一码。15.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括：从所述对象提取地形信息，所述地形信息指示各个元素的相对空间地形；以及基于所述取向信息和所述地形信息来生成所述对象的唯一码。16.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括：从所述对象提取磁环境信息，所述磁环境信息指示各个元素的磁环境；以及基于所述取向信息和所述磁环境信息来生成所述对象的唯一码。17.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述取向信息指示所述元素在三维坐标空间中的相对空间取向。18.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述取向信息指示所述元素在二维坐标空间中的相对空间取向。19.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述唯一码包括第一唯一码，并且所述方法还包括：通过修改所述对象来改变所述元素中的至少一些元素的相对空间取向；以及基于在改变相对空间取向之后从所述对象提取的取向信息，来生成所述对象的不同的第二唯一码。20.根据权利要求19所述的方法，还包括：使用所述相对空间取向作为与所述对象有关的信息的分类帐。21.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括：利用具有所述相对空间取向的元素形成所述对象。22.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述取向信息包括描述各个元素的相对空间取向的坐标变换的列表。23.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述取向信息以对所述对象的坐标系全局旋转不变的格式指示所述相对空间取向。24.一种扫描器系统，包括：样本区域，其被配置为接收包括元素的对象；探测器，其被配置为通过检测所述元素来从所述对象提取取向信息，所述取向信息指示各个元素的相对空间取向；以及处理器，其被配置为基于所述取向信息来生成所述对象的唯一码。25.根据权利要求24所述的扫描器系统，其中，所述探测器包括光学成像系统，并且提取所述取向信息包括：获得对施加到所述对象的照射的光学响应。26.根据权利要求24所述的扫描器系统，其中，所述探测器包括磁共振系统，并且提取所述取向信息包括：获得对施加到所述对象的振荡电磁场的磁共振响应。27.根据权利要求24所述的扫描器系统，其中，根据所述取向信息生成的所述唯一码独立于照射施加到所述对象的任何角度。28.根据权利要求24所述的扫描器系统，其中，所述对象包括元素的超集，并且所述唯一码是基于仅所述元素的子集的相对空间取向生成的。29.根据权利要求24所述的扫描器系统，其中，所述元素是各自包含色心的金刚石颗粒，并且所述探测器被配置为通过检测所述色心的相对取向来提取所述取向信息。30.根据权利要求24所述的扫描器系统，其中，所述探测器被配置为从所述对象提取元素信息，并且所述处理器被配置为基于所述元素信息来生成所述对象的唯一码，所述元素信息包括所述取向信息以及以下至少之一：指示各个元素的相对空间位置的位置信息；指示各个元素的相对空间地形的地形信息；以及指示各个元素的磁环境的磁环境信息。31.一种方法，包括：获得从对象提取的取向信息，所述取向信息指示所述对象中的各个元素的相对空间取向；以及通过一个或多个处理器的操作，根据所述取向信息生成所述对象的唯一码。32.根据权利要求31所述的方法，还包括：获得从所述对象提取的位置信息，所述位置信息指示所述元素的相对空间位置；以及通过一个或多个处理器的操作，根据所述取向信息和所述位置信息生成所述唯一码。33.根据权利要求31所述的方法，还包括：获得从所述对象提取的地形信息，所述地形信息指示所述元素的相对空间地形；以及通过一个或多个处理器的操作，根据所述取向信息和所述地形信息生成所述唯一码。34.根据权利要求31所述的方法，还包括：获得从所述对象提取的磁环境信息，所述磁环境信息指示所述元素的磁环境；以及通过一个或多个处理器的操作，根据所述取向信息和所述磁环境信息生成所述唯一码。35.根据权利要求31所述的方法，还包括：将所述唯一码用在挑战-响应协议中。36.根据权利要求35所述的方法，其中，基于所述挑战-响应协议的挑战数据提取所述取向信息，使用所述唯一码来生成所述挑战-响应协议的响应数据，并且所述方法还包括：将所述响应数据发送至认证器。37.根据权利要求31所述的方法，还包括：将所述唯一码用在认证过程中。38.根据权利要求37所述的方法，还包括：执行所述认证过程以认证所述对象的来源。39.根据权利要求37所述的方法，还包括：执行所述认证过程以验证所述对象的完整性。40.根据权利要求37所述的方法，还包括：执行所述认证过程以验证所述对象的监管链。41.根据权利要求37所述的方法，还包括：执行所述认证过程以跟踪所述对象的监管。42.根据权利要求31所述的方法，还包括：将所述唯一码用在加密过程中。43.根据权利要求42所述的方法，还包括：使用所述唯一码来获得加密协议的密钥。44.根据权利要求42所述的方法，还包括：使用所述唯一码来获得数字签名协议的秘密密钥。45.根据权利要求31至44中任一项所述的方法，还包括：通过用于检测所述元素的扫描器系统的操作来提取所述取向信息。46.根据权利要求31至44中任一项所述的方法，其中，提取所述取向信息包括：获得对施加到所述对象的照射的光学响应。47.根据权利要求31至44中任一项所述的方法，其中，通过所述元素的光学检测到的磁共振来提取所述取向信息。48.根据权利要求31至44中任一项所述的方法，其中，所述对象包括元素的超集，所述取向信息指示所述超集中的仅元素子集的相对空间取向，并且基于仅所述元素子集的相对空间取向来生成所述唯一码。49.根据权利要求31至44中任一项所述的方法，其中，所述对象包括元素的超集，所述取向信息指示所述超集中的所有元素的相对空间取向，并且所述方法还包括：识别指示所述元素子集的相对空间取向的所述取向信息的子集；以及基于仅元素子集的相对空间取向来生成所述唯一码。50.根据权利要求31至44中任一项所述的方法，其中，所述取向信息指示独立于所述对象的任何配准参考的相对空间取向。51.根据权利要求31至44中任一项所述的方法，其中，所述元素是金刚石颗粒，并且所述方法还包括：使用所述金刚石颗粒作为物理不可克隆功能即PUF。52.根据权利要求31至44中任一项所述的方法，其中，所述元素是各自包含色心的金刚石颗粒，并且所述取向信息指示所述色心的相对空间取向。53.根据权利要求52所述的方法，其中，所述取向信息包括描述各个金刚石颗粒的相对空间取向的坐标变换的列表。54.根据权利要求53所述的方法，其中，所述列表包括各金刚石颗粒的复合变换矩阵，并且各金刚石颗粒的所述复合变换矩阵表示：所述对象的坐标系和所述金刚石颗粒的坐标系之间的第一变换；以及所述金刚石颗粒的坐标系和所述金刚石颗粒中的色心的坐标系之间的第二变换，其中，复合变换矩阵的所述列表对所述对象的坐标系是全局旋转不变的。55.一种系统，包括：数据处理设备；以及非暂时性计算机可读介质，其存储指令，所述指令在由所述数据处理设备执行的情况下，进行包括以下的操作：获得从对象提取的取向信息，所述取向信息指示所述对象中的各个元素的相对空间取向；以及根据所述取向信息生成所述对象的唯一码。56.根据权利要求55所述的系统，其中，所述唯一码是根据元素信息生成的，所述元素信息包括所述取向信息以及以下至少之一：指示各个元素的相对空间位置的位置信息；指示各个元素的相对空间地形的地形信息；以及指示各个元素的磁环境的磁环境信息。57.根据权利要求55所述的系统，所述操作还包括：将所述唯一码用在挑战-响应协议中。58.根据权利要求55所述的系统，所述操作还包括：将所述唯一码用在认证过程中。59.根据权利要求55所述的系统，所述操作还包括：将所述唯一码用在加密过程中。60.根据权利要求55所述的系统，还包括扫描器系统，所述扫描器系统能够操作以从所述对象提取所述取向信息。61.根据权利要求55所述的系统，其中，所述对象包括元素的超集，所述取向信息指示所述超集中的仅元素子集的相对空间取向，并且基于仅所述元素子集的相对空间取向来生成所述唯一码。62.根据权利要求55所述的系统，其中，所述对象包括元素的超集，所述取向信息指示所述超集中的元素的相对空间取向，并且所述方法还包括：识别指示所述元素的子集的相对空间取向的所述取向信息的子集；以及基于仅元素子集的相对空间取向来生成所述唯一码。63.根据权利要求55所述的系统，其中，所述取向信息包括描述各个金刚石颗粒的相对空间取向的坐标变换的列表。64.根据权利要求63所述的系统，其中，所述列表包括各金刚石颗粒的复合变换矩阵，并且各金刚石颗粒的所述复合变换矩阵表示：所述对象的坐标系和所述金刚石颗粒的坐标系之间的第一变换；以及所述金刚石颗粒的坐标系和所述金刚石颗粒中...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·高尔顿，J·霍奇，
申请(专利权)人：达斯特一致有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US