[发明专利]具有结合的传感器和显示器的集成物理不可复制功能件（PUF）

说明书

技术领域

本发明涉及用于形成挑战应答对的装置和方法。

背景技术

物理不可复制功能件(PUF)是用于形成抗干扰环境的结构，在所述 环境中各方可以建立共享的秘密(secret)。通常，证明方(proving party) 应当通过为PUF提供挑战(challenge)证明有权访问秘密，根据该挑战形成 了唯一和不可预测的应答。该应答被提供给检验方(verifying party)以便 可以证实证明方实际上有权访问秘密。当然，证明/检验程序应当在不泄露 秘密的情况下进行，其通常涉及到加密/解密。PUF只能通过与PUF不可 分离的算法访问，并且其它任何试图绕过或操纵该算法的企图都会破坏 PUF。用户采用PUF(例如，以令牌(token)的形式实现)为他们自己授权， 并因此可以获得某些服务或可以访问某些装置。该令牌可以例如包括借助 于射频信号或通过有线接口(例如USB)与要访问的装置进行通信的智能 卡。

为此，可以采用光学PUF，其包括包含光散射材料的物理结构，以这 种方式设置光散射材料，即，使得光散射的方向随机分布。当形成例如包括 薄膜的光散射材料时，颗粒、不规则物和任何其它散射元件在薄膜中随机 分布。通常，利用光源(例如激光)从输入侧照明PUF，光散射材料在PUF 输出侧面上形成可以通过摄像机传感器探测的斑纹图案(speckle pattern)。 利用在该材料中光散射的随机性和唯一性来形成将在认证和识别方案中 使用的挑战应答对(challenge-response pair)和密钥材料(cryptographic key)。 对光学PUF的输入(即挑战)可以例如是激光入射角、激光的焦距或波长、 挡住部分激光束的掩模图案、或激光束波前的任何其它变化。光学PUF 的输出(即应答)是斑纹图案。输入输出对通常称作挑战应答对(CRP)。 复制光学PUF非常困难，因为即使知道了散射元件的具体位置，在复制品 中散射元件的精确定位几乎是不可能实现的，并且如果要获得则非常昂 贵。

在现有技术的认证/识别(authentication/identification)系统中存在缺点， 所述认证/识别系统采用其中集成了光源和照相机传感器的光学PUF。如上 所述，光源产生的挑战通过改变形状、位置、相位和/或发射到PUF上的 光束的方向而形成。因此，PUF必须相对于光源和读取器的传感器对准以 形成适当的挑战应答对。

2003年2月由麻省理工学院的Blaise L.P.Gassend写的“物理随即功 能件(Physical Random Functions)”公开了一种光学PUF，其中光源和光 传感器集成在嵌入不规则透明介质例如环氧树脂晶片中的芯片上，并被反 射材料围绕。代替在环氧树脂晶片上机械移动激光源以形成挑战，在芯片 上设置了多个激光二极管，并且根据要形成的挑战，它们的组合开启或关 闭。优选地，在所描述的光学PUF中，应当使用非线性光介质以使得斑纹 图案形式的应答并不是每个二极管被单独开启时得到的图案的总和。

如果采用线性光介质，独特非平凡挑战(distinct nontrivial challenge) 的数量是N²的数量级，其中N表示激光二极管的数量。如果光介质是非 线性的，该数量应当是2^N的数量级。因此，所述光学PUF的问题在于需 要大量昂贵的激光二极管以提供足够数量的非平凡挑战(nontrivial challenges)。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题并提供形成多个挑战的节省成本的方 法，在物理不可复制功能件中处理该挑战，以形成对各自挑战的光学可探 测应答。

该目的通过根据所附独立权利要求的用于形成挑战应答对的装置和 方法来实现。

本发明的优选实施例由从属权利要求所限定。

在本发明的第一方面，提供一种装置，包括光源、光散射元件、多个 像素(picture element)和多个光探测元件。设置该光源以通过照明光散射 元件形成挑战，设置光散射元件以散射入射光到光探测元件上。并且，设 置像素中的至少一个，使其被激活以通过反射入射光以使反射光照明光散 射元件而修改(modify)挑战，设置光探测元件以通过探测散射在其上的 光形成对修改挑战的应答。