一种基于腔体式光折变晶体PUF的身份验证系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于腔体式光折变晶体PUF的身份验证系统，涉及信息安全与身份验证领域。包括沿着光路从左到右依次布置的光强调制模块、光学PUF模块及透镜模块，同时还包括数据处理模块。光强调制模块包括光源、扩束准直系统PBES和空间调制器SLM；光学PUF模块由两个光学PUF散射片和四个平面反射镜构成，每个光学PUF散射片由两块玻璃平板和锆铁双掺的铌酸锂LiNbO3Fe,Zr颗粒状晶体构成，两个光学PUF散射片的上下前后由四个平面反射镜包裹固定形成腔体式结构；透镜模块包括正透镜，数据处理模块包括CCD相机和计算机；CCD相机通过串行数据口连接于计算机，计算机含有提取程序。本发明专利技术改变掺杂材料和结构，使身份验证系统具有更高安全性和强抗破译性。高安全性和强抗破译性。高安全性和强抗破译性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于腔体式光折变晶体PUF的身份验证系统


[0001]本专利技术涉及信息安全与身份验证领域，具体为一种基于腔体式光折变晶体PUF的身份验证系统，通过利用光折变晶体PUF实现身份验证，显著提升安全性。

技术介绍

[0002]随着科技和网络的发展，用于“个人身份”验证的安全系统已经在人们的生活中普及。然而身份验证的安全问题依旧困扰着我们，例如：系统被破译、令牌被克隆和身份信息被篡改等。所以，研究新型的身份验证方法和工具显得迫在眉睫。
[0003]物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions,PUF)是一种在制造过程引入随机性的物理实体，由于其随机性物理差异具有难以克隆或伪造的天然特征，所以完全控制物理介质中的微米和纳米级制造差异是非常困难的。因此，基于物理实体随机差异的物理不可克隆函数(PUF)从物理层面杜绝了密钥被复制的风险，成为身份验证研究的前沿方向。
[0004]目前PUF的研究主要集中在电子类PUF和光学类PUF，电子类PUF是在集成电路制作过程中引入随机性差异实现的，例如：基于分压电路单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于腔体式光折变晶体PUF的身份验证系统，其特征在于：包括沿着光路从左到右依次布置的光强调制模块、光学PUF模块（4）及透镜模块，同时还包括数据处理模块；所述光强调制模块包括光源（1）、扩束准直系统PBES（2）和空间调制器SLM（3），所述光源（1）为泵浦光源，产生泵浦光，经过扩束准直系统PBES（2）进入空间调制器SLM（3），然后进入光学PUF模块；所述光学PUF模块（4）为腔体式结构，由两个光学PUF散射片和四个平面反射镜构成，每个光学PUF散射片由两块玻璃平板和锆铁双掺的铌酸锂LiNbO3Fe,Zr颗粒状晶体构成，两块玻璃平板相互平行、且相对的内表面镀有反射率R =30%的膜层，两块玻璃平板的外表面镀有高透膜，所述锆铁双掺的铌酸锂LiNbO3Fe,Zr颗粒状晶体均匀铺设于两块玻璃平板之间，且晶体的空间位置随机分布填充；所述两个光学PUF散射片垂直于光路且沿着光路平行设置，所述两个光学PUF散射片之间通过上下前后由四个平面反射镜包裹形成腔体式结构；所述透镜模块包括正透镜（5），所述数据处理模块包括CCD相机（6）和计算机（7）；光经过光学PUF模块（4）散射后经过正透镜（5）进入CCD相机（6），所述CCD相机（6）通过串行数据口连接于计算机（7），所述计算机（7）含有提取程序。2.根据权利要求1所述的一种基于腔体式光折变晶体PUF的身份验证系统，其特征在于：所述光学PUF散射片的玻璃平板可更换为石英平板。3.根据权利要求1所述的一种基于腔体式光折变晶体PUF的身份验证系统，其特征在于：所述光源（1）为激光器。4.根据权利要求1所述的一种基于腔体式光折变晶体PUF的身份验证系统，其特征在于：所述LiNbO3Fe,Zr晶体中，掺杂的Zr
4+
离子浓度为4mol%、Fe
3+
浓度为0.03wt%，形状为类四面体、六面体、八面体和椭球体，为微米量级光折变晶体。5.根据权利要求1所述的一种基于腔体式光折变晶体PUF的身份验证系统，其特征在于：所述光学PUF散射片的玻璃平板的尺寸为：厚度为0.6mm，面积为20mm
×
20mm，所述锆铁双掺的铌酸锂LiNbO3Fe,Zr晶体的填充厚度为0.8mm，所以光学PUF散射片的整体厚度为2mm，面积 20mm
×
20mm；所述平面反射镜的面积为20mm
×
40mm，所形成的腔体式结构的尺寸为20
×
20
×
44 mm3。6.权利要求1所述的一种基于腔体式光折变晶体PUF的身份验证系统的身份验证方法，其特征在于：包括两种认证方法，分别如下：一、使用者手持PUF模块：包括两个工作阶段，分别为注册阶段和认证阶段，通过如下步骤来实现：1）注册阶段：
①
光源（1）作为泵浦光源，输出具有一定偏振态和强度的光束；
②
光束经过扩束准直系统PBES（2），进行扩束、准直，其过程中不影响光束的偏振状态；
③
经过扩束、准直且具有一定宽度的出射光束，照射于空间调制器SLM（3）上，光束相位受到调制信息矩阵的影响，改变光强分布，产生具有一定角度和光场分布的激励光，其中激励光由调制信息矩阵C
k
表征，成为激励矩阵，k=1、2、3
…
n，具体由系统拟定的{C
K
}矩阵簇决定；
④
激励光入射到第i个光学PUF模块（4），i= 1、2、3
…
m，光学PUF模块（4）作为光学PUF验证系统的认证凭据，产生响应光；
⑤
从第i个光学PUF模块（4）的出射光经过正透镜（5），减小散射光束的发散角；
⑥
从正透镜（5）的出射光入射到CCD相机（6）上，待3s
‑
4s之后，CCD相机（6）对2D散斑图像进行采集，利用计算机（7）中的提取程序，将稳态散斑图像处理成“01”数字二进制矩阵，作为响应信号的响应矩阵P
ik
；
⑦
根据安全需求，确定需要的激励
‑
响应对数量n，重复步骤
①
~
⑥
；
⑧
根据实际使用情况，制作并注册m个光学PUF模块，重复步骤
①
~
⑦
，此时响应矩阵P
ik
中k=1、2、3
…
n，i=1、2、3
…
m，连同步骤
③
中表征激励信号的调制信息矩阵作为激励
‑
响应对{C
k
‑
P
ik
}， k=1、2、3
…
n，i=...

【专利技术属性】
技术研发人员：常朋发，王晨，郭园园，王龙生，贾志伟，王安帮，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：