CN104736348B - 具有物理不可克隆函数的身份识别卡 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种身份识别卡，包括：一卡体(201)；以及一物理不可克隆函数(203，207)，设于所述卡体内，其中，该物理不可克隆函数包括第一光作用层(203)和第二光作用层(207)。

Description

具有物理不可克隆函数的身份识别卡
技术领域
本发明涉及一种具有物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function,PUF)的身份识别卡。
背景技术
如今，各式各样的应用——从银行业务处理到电子护照的访问控制——都是基于身份识别卡(即智能卡)来实现的。这些卡上可以通过配置加密模块，来为系统及用户提供高级别的安全保护。然而，智能卡及加密IC卡的设计师和制造商们仍在为进一步提高其卡体的安全性而不断努力。
为进一步提高身份识别卡的安全性，可使用物理不可克隆函数(PhysicalUnclonable Function)。物理不可克隆函数包含于物理实体中，易于评估，但难以预测。此外，此类函数即使在其确切的制造过程为已知和可用的情况下仍难以复制再现。因此，基于物理不可克隆函数的安全架构能保证设备独有的加密密钥的内在不可复制性、抗物理干扰能力及安全生成。众所周知的裸硅物理不可克隆函数旨在确保其电路本身的安全性，但无法为嵌入该电路的卡体提供抗干扰能力。
物理不可克隆函数的质询-应答行为由制造工艺偏差形成的亚微米级物理特性所决定，即使是原制造商也无法复制此类工艺偏差。物理不可克隆函数能够根据物理特性，而非保险丝等二进制存储机构，生成设备独有的秘密内容。正如Lim Daihyun、Lee Jae W.、Gassend Blaise、Suh G.Edward、van Dijk Marten和Devadas Srinivas于2005年发表在IEEE基于超大规模集成电路(VLSI)系统议事录13卷10号1200-1205页上的《集成电路中加密密钥的获取》中所述，在过去的十年中，已提出且实现了数种物理不可克隆函数设计。相关内容可进一步参考Thomas Esbach、Walter Fumy、Olga Kulikovska、Dominik Merli、Dieter Schuster和Frederic Stumpf所著且即将发表于《安全电子商务流程-2012欧洲信息安全解决方案会议集锦》中的《一种用于智能卡的采用物理不可克隆函数的新型安全架构》。
物理不可克隆函数通常以硅结构为基础且利用电路系统中远低于制造工艺公差中的微小偏差来实现。这些不可复制的偏差使得电路系统具有唯一性，因而通常被称为“芯片指纹”。然而，虽然获得广泛研究，但物理不可克隆函数的应用仍十分少见，且在高端安全架构应用中很少考虑使用物理不可克隆函数。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在身份识别卡中高效应用物理不可克隆函数的概念。
所述目的可由本发明的独立权利要求实现，其他实施例见于各从属权利要求的标的物，说明书以及附图。
本发明基于如下发现：所述目的可通过在透明卡体的不同层次设置不同光作用层来实现。
所述光作用层可由分别包括由形成光栅的金属条组成的图案(如周期性图案)的金属层形成。多个上下设置的此类光作用层可以独特的方式衍射、和/或折射、和/或反射入射光，从而形成可标识所述身份识别卡的独有指纹。这些光作用层在身份识别卡的制造过程中十分易于实现。例如，可将所述光作用层嵌入塑料(如聚合物卡体)中，或将该光作用层设置于所述身份识别卡的各透明叠层之间。
所述物理不可克隆函数的一个优势在于其能包括卡体内非随机分布的良好定义宏观结构，从而简化制造过程，并使得光作用在测量系统灵敏度意义上获得优化。同时，所述微观制造工艺的最小公差可实现每个制出结构及其相应光响应特性的独特性，从而使得该独特性成为物理不可克隆函数的固有属性。
根据第一方面，本发明涉及一种身份识别卡，包括：卡体以及设置于该卡体内的物理不可克隆函数。其中，所述物理不可克隆函数包括第一光作用层以及第二光作用层。
所述物理不可克隆函数用于提供所述身份识别卡的光学指纹或密钥，因此其相应材料结构可具有至少部分不同于所述卡体的光学特性。例如，其相对于白光、紫外光或红外光的透光率低于所述卡体的透光率。所述卡体可为透光卡体且由一个或多个塑料层(如聚合物层)，尤其塑料叠层组成。
所述第一光作用层和第二光作用层可分别具有平坦表面。
所述各光作用层的光作用可以为相对于所述卡体的透光率下降，或相对于所述卡体的反射率、折射率或衍射率的增加或降低等变化。所述光作用包括散射、衍射、折射、反射、和/或透射率的降低。
根据一种实施方式，所述第一光作用层和第二光作用层的透光率低于所述卡体的透光率。所述第一光作用层和第二光作用层可例如为折射层、和/或衍射层、和/或反射层、和/或至少部分不透明层，从而使得所述身份识别卡获得光学指纹。
根据一种实施方式，所述各光作用/作用层均为线性光学层、非线性光学层或光激发层。
根据一种实施方式，所述线性光学层为金属层、印刷油墨层、纳米粒子层、具有与所述卡体不同(如大于或小于)的光折射率的层、衍射层中的其中一种；所述非线性光学层为非线性聚合物层；所述光激发层为荧光材料层。
根据一种实施方式，所述第一光作用层和第二光作用层上下设置，例如在一公差范围内(如1％或5％)上下精确设置，或者互相移位设置。
根据一种实施方式，所述第一光作用层和/或第二光作用层包括相互间隔的表面元素，尤其为条形体、长方形体、圆形元素或椭圆形元素。
此处所述“表面元素”在某些实施例中指厚度小于所述层间距离且呈平坦状的元素，所述表面元素的表面可以为平面。不同于颗粒，所述表面元素的表面由表面区域形成，所述表面区域可例如为面向设置于所述卡体上的光源。
根据一种实施方式，所述第一光作用层包括由透光率小于所述卡体的相互间隔的表面元素组成的图案，尤其为周期性图案、非周期性图案或光栅；所述第二光作用层包括由透光率小于所述卡体的相互间隔的表面元素组成的图案，尤其为周期性图案、非周期性图案或光栅。
根据一种实施方式，所述各图案为一维或二维图案。所述各一维图案可包括多个依次排列成图案结构的条形体。所述各二维图案可包括多个区域，例如周期性排列成二维网格的区域。所述各图案可以为形成光栅的周期性图案，也可以为例如形成非周期性二维结构的非周期性图案，所述非周期性二维结构可由点状物，尤其是墨点构成。
根据一种实施方式，所述第一光作用层包括由相互间隔的表面元素组成的第一周期性图案，所述第二光作用层包括由相互间隔的表面元素组成的第二周期性图案，所述由相互间隔的表面元素组成的第一周期性图案和由相互间隔的表面元素组成的第二周期性图案上下设置。所述相互间隔的表面元素的间距可以为波长级。
根据一种实施方式，所述第一光作用层的所述相互间隔的表面元素与第二光作用层的所述相互间隔的表面元素之间在一公差范围内(如表面宽度的1％、2％或5％)上下精确设置，或所述第一周期性图案与所述第二周期性图案互相移位设置。
所述相互间隔的各表面元素可具有相同尺寸或不同尺寸。此外，所述相互间隔的各表面元素之间的距离或横向偏移可相同或不同。相应地，在采用周期性结构时，所述各周期长也可相同或不同。另外，所述相互间隔的表面元素可由点状物、条形体、长方形区域、圆形区域或椭圆形区域构成。
所述第一光作用层的相互间隔的表面元素可具有比所述第二光作用层的相互间隔的表面元素更小、更大、更宽或者更窄的表面。
根据一种实施方式，所述第一光作用层的相互间隔的表面元素可具有与所述第二光作用层的相互间隔的表面元素相同或不同的尺寸。
此外，所述第一光作用层的表面元素可延伸于所述第二光作用层的表面元素上方。根据某些实施例，所述第一光作用层的表面元素并未被所述第二光作用层的表面元素完全覆盖，从而使得当所述第一光作用层设于第二光作用层后方时，从卡体表面射向所述第二光作用层的光至少能够部分抵达所述第一光作用层。
根据一种实施方式，所述各光作用层包括相互间隔的表面元素，所述相互间隔的表面元素分别具有与所述波长相近的表面尺寸或厚度，或者所述各光作用层包括相互间隔的表面元素，所述相互间隔的表面元素分别由一波长级的距离相互隔开，或者所述第一光作用层与第二光作用层之间的距离为波长级。
此处所述“波长级”是指一个到数个(如10个)波长的大小。
根据一种实施方式，所述第一光作用层和第二光作用层共同形成光学透镜，尤其是光学微透镜。
根据一种实施方式，所述卡体包括层叠透明层，所述第一光作用层设置于所述卡体的两个相邻层叠透明层之间，所述第二光作用层设置于所述卡体的两个相邻层叠透明层之间。
根据一种实施方式，所述身份识别卡还包括：光源，用于向所述第一光作用层和第二光作用层发射光；以及光学传感器，用于感测所述第一光作用层和第二光作用层对于所述发射光的响应光。所述光源和光学传感器设于所述卡体表面，且所述第二光作用层比所述第一光作用层离所述光学传感器更近。
根据一种实施方式，所述身份识别卡包括集成电路，所述集成电路包括所述光学传感器。所述集成电路可由设于所述卡体表面或内部的ID芯片形成。
根据一种实施方式，所述身份识别卡为身份证件、智能卡或信用卡。
根据某些实施方式，所述光学传感器或集成电路周围的卡体区域的透明度低于其他卡体区域，从而更加有效的保护所述光学传感器或集成电路。
根据一种实施方式，所述身份识别卡至少部分由透明聚合物制成。所述身份识别卡可具有多个层叠聚合物层。
根据一种实施方式，所述第一光作用层由设置于第一卡体区域的第一光反射元素形成，所述第二光作用层由设置于第二卡体区域的第二光反射元素形成。
所述各光反射元素组的反射率定义为各光反射元素组的反射光占比。优选地，所有光反射元素组的反射率均超出一预设阈值，从而保证即使最远的光反射元素组的反射光仍能在所述卡体表面被所述传感器感测。因此，可根据用于感测所述卡体表面处的反射光的光学传感器的灵敏度或分辨率求得所述各光反射元素组的所需反射率。
所述物理不可克隆函数用于提供所述身份识别卡的光学指纹或密钥。所述卡体可为透光卡体且可由一个或多个塑料层(如聚合物层)，尤其塑料叠层组成。
所述光反射元素组可以由金属层形成，各金属层均包括由形成光栅的金属条形体组成的周期性图案。多个上下设置的此类光反射元素组可以独特的方式衍射、和/或折射、和/或反射入射光，从而形成可标识所述身份识别卡的独特指纹。这些光反射元素组在身份识别卡的制造过程中十分易于实现，例如将所述光反射元素组嵌入塑料(如聚合物卡体)中，或将该光反射元素组设置于所述身份识别卡的各透明叠层之间。
根据一种实施方式，所述第二光反射元素组比所述第一光反射元素组更加靠近所述卡体表面上的至少一个公共表面点。
根据一种实施方式，所述身份识别卡仅包括反射率大于或等于预设阈值的光反射元素组，所述预设阈值例如为最大反射率的5％或10％。相应地，所述第二光反射元素组的反射率可以为100％。
根据一种实施方式，所述身份识别卡仅包括N个光反射元素组，每个光反射元素组均设于所述卡体表面上距一公共表面点不同距离的不同卡体区域；所述光反射元素组的光反射率随该光反射元素组与所述公共表面点的距离的增加而增大，尤其以线性方式或沿一梯度增大。
根据一种实施方式，所述第一光反射元素组及第二光反射元素组的光反射元素分别由用于形成相应光反射元素组的反射粒子形成，或由用于形成相应光反射元素组的平面元素，尤其是金属条形体、金属长方形体、金属圆形元素或金属椭圆形元素形成。
根据一种实施方式，所述第一片卡体区域中的第一光反射元素组的光反射元素的密度大于所述第二片卡体区域中的第二光反射元素组的光反射元素的密度。
根据一种实施方式，所述第一光反射元素组的光反射元素的反射面大于所述第二光反射元素组的光反射元素的反射面。
根据一种实施方式，由所述第一光反射元素组和第二光反射元素组反射于所述卡体表面上的公共表面点处的光的强度在一识别范围内相同。
根据一种实施方式，各光反射元素组的光反射元素以一统计学方式或有规律地设置于相应卡体区域中。
根据一种实施方式，所述第一光反射元素组和第二光反射元素组的光反射元素分别形成反射层。
根据一种实施方式，所述反射层为设置于距所述卡体表面不同距离处的平面反射层；或者所述反射层沿一距公共中心点半径不同的弧度，尤其是球面弧度设置，所述公共中心点为位于所述卡体表面，或位于所述卡体表面上方或下方的公共表面点。
根据一种实施方式，所述第一光反射元素组的光反射元素和所述第二光反射元素组的光反射元素分别形成一周期性图案，尤其为光栅。
根据一种实施方式，所述第一光反射元素组和第二光反射元素组的反射率差值大于或等于一预设阈值。所述预设阈值可例如为光反射元素组的一数值除以10％％所得的分数。然而，所述预设阈值也可设置为反射率最大的光反射元素组的反射率的5％或10％。此外，所述阈值也通过可感测所述反射光的光学传感器的光灵敏度或光分辨率定义。
根据第二方面，本发明涉及一种身份识别卡的制造方法，该方法包括：提供多个透明叠层；在相邻透明叠层之间设置第一透光系数以及在相邻透明叠层之间设置第二透光系数，从而获得物理不可克隆函数；以及对所述透明叠层和物理不可克隆函数压层，以获得所述身份识别卡。
此外，还可从所述身份识别卡的技术特征直接衍生出所述身份识别卡制造方法的其他步骤。
附图说明
以下参考附图描述本发明的其他实施方式。附图中：
图1所示为具有物理不可克隆函数的身份识别卡；
图2所示为身份识别卡；
图3所示为光作用层的叠层；
图4所示为光强；
图5所示为由三个光作用层组成的叠层示意图；以及
图6a、6b、6c所示为光作用层。
具体实施方式
图1所示为根据本发明一个实施例的身份识别卡100。
身份识别卡100包括具有物理不可克隆函数101的卡体。该物理不可克隆函数设置于卡体内且形成一被探测物理结构。所述卡体未在图1中明确示出。
身份识别卡100还包括集成电路103，例如为卡芯，用于将物理不可克隆函数的测量、预处理和后处理的电路系统与存储器以及应用集成至一复合材料结构中。所述复合材料结构由内嵌的可选集成安全功能模块105激励和测量。集成安全功能模块105用于执行应用，例如加密或各种协议。
集成电路103还包括与集成安全功能模块105相连接的可选的存储器107以及用于和集成安全功能模块105通讯的接口109。
集成电路103还包括用于控制物理不可克隆函数101的控制功能模块111。其中，控制功能模块111例如包括可选的预处理模块113、可选的质询处理模块115，以及用于激励(如通过光)物理不可克隆函数101的激励模块117。激励模块117可包括发光元素，例如LED或LED阵列。
控制功能模块111还包括一个或多个传感器119、可选的响应处理模块121以及可选的后处理模块123。其中，所述传感器用于感测物理不可克隆函数101响应于激励模块117所产生的激励而发出的光。
如图1所示，集成电路103，例如为安全芯片，其同时通过物理和逻辑方式与所述卡体相连，从而所述集成电路103能够验证其与周围的连接性。
根据某些实施例，集成安全功能模块105可向预处理模块113输出调用物理不可克隆函数信号。作为响应，预处理模块113可生成开始质询信号并发送至质询处理模块115，以触发所述激励模块117，使其例如向物理不可克隆函数101发射光。
传感器119感测物理不可克隆函数101所产生的响应光，并向响应处理模块121提供传感器信号。作为响应，响应处理模块121生成所述响应及准备就绪信号，并将准备就绪信号提供给后处理模块123。其后，后处理模块123向集成安全功能模块105提供秘密内容取得信号，用于例如加密处理等。
根据某些实施例，所述物理不可克隆函数可由设备独有的材料结构形成，例如形成为密钥存储器或光学指纹形式，从而具有多重优势。由于所述材料携带秘密内容，因此可将系统绑定至物理对象，这也正是本发明的主要目标之一。此外，所述材料在侵入式作用下会发生变化或损毁，从而使得其内嵌的秘密内容失效。
在身份识别卡为智能卡的应用中，优选使用光学物理不可克隆函数。光学测量能够很好地抗电磁干扰(EMI)。此外，其不但可使所述卡体被用作所述将测量的物理结构，而且还允许在所述卡上进行印刷。然而，智能卡的资源限制，例如有限的功耗和光学测量机制的静态布置，使得无法通过调制、移动或倾斜激光束的方式读取所述光学物理不可克隆函数。
一种使集成电路103产生或在集成电路内部产生多种不同光激励的方式是在激励模块117中集成LED阵列。
为了抵御建模攻击以及为所需应用提供足够的熵，物理不可克隆函数101的质询-应答行为一般非常复杂。
根据某些实施例，所述物理不可克隆函数101集成于所述控制电路中，以抵御建模攻击以及确保物理不可克隆函数101的安全使用，例如密钥嵌入或重建。根据集成于所述控制电路中的物理不可克隆函数的工作原理，不仅其材料外壳可使内部电路得到保护，所述控制电路也能保护所述物理不可克隆函数101的内核免受未授权访问中可形成建模攻击的读取或其他操作。如此，只有控制功能模块111的控制逻辑电路具有访问物理不可克隆函数101的质询-应答接口的权限，而所述身份识别卡上的所有其他应用的逻辑电路只能与所述控制逻辑电路通讯才能使用物理不可克隆函数101的功能，从而实现了所述控制逻辑电路与物理不可克隆函数的相互保护。
图2所示为身份识别卡200，其包括卡体201及设置于卡体201内部的物理不可克隆函数203，207。其中，所述物理不可克隆函数包括第一光作用层203和第二光作用层207。
第一光作用层203包括相互间隔的表面元素205，例如金属条形体。表面元素205排列成一维周期性图案(光栅)。相应地，第二光作用层207包括相互间隔的表面元素209，例如金属条形体。表面元素209也排列为一维周期性图案(光栅)。第一光作用层203和第二光作用层207在卡体201内上下设置，卡体201的透光度大于所述相互间隔的表面元素205，209。卡体201可由透明聚合物形成。
表面元素205与209具有朝向可选光源211(即激励模块)的专用表面，可选光源211例如设置于卡体201内部。光源211可包括LED或LED阵列。如此，表面元素205，209便对例如由光源211向表面元素205，209所反射、折射或衍射的光形成阻隔作用。
身份识别卡还包括传感器213，用以感测表面元素205，209响应于光源211所发射的光而产生的光。
光源211和所述传感器均可被集成于集成电路215中，所述集成电路可具有如图1所示的结构。
第一光作用层203和第二光作用层207共同形成所述物理不可克隆函数，其作为被探测物理结构位于探测体积Vp内。
物理不可克隆函数的最大可提取信息量例如随所述芯片(即集成电路215)的可测量空间增大而增大。该测量可处理的卡体区域即为所述探测体积Vp。
根据某些实施例，所述探测区域的大小一方面取决于芯片规格参数，例如测量敏感度和光源与传感器的相对位置，另一方面取决于卡体材料的光作用特性。可在传感器敏感度和所需穿透深度两个方面对所述光学特性进行优化。由于所述芯片上的传感器仅测量反射或散射回集成电路215的光，因此可以考虑光的回程影响度这一参数，其可用由N个相同的部分反射层组成的一维模型结构来表示，各层的反射率均为R。单个反射层n发射及反射的光强分别由公式Itn＝(1-R)It(n-1)及Irn＝RIt(n-1)给出，其中It(n-1)表示前一层的出射光强。由K个层所组成的叠层体的总反射光强由下式给出：
图3所示为由k(k＝1～N)个光作用层301组成的叠层体形成的物理不可克隆函数。光作用层301可以为分别包括由表面元素(如金属条形体)组成的光栅的反射层。
图4所示为发射光光强，由k(k＝1～N)个光作用层301组成的叠层体的反射光强，以及单个反射层n的反射光强。特别地，图4示出了发射光的归一化光强401(实线)、由k层叠层体反射的光的归一化光强403(圆圈)以及由单层n反射的光的归一化光强405(三角)。
每一单层的贡献度随层号n的递增而递减。比如，如果某一单层的反射光的占比为10％(R＝10％)，则单个层针对信号的最大贡献度不超过10％，且其之后的第24层起的贡献度小于1％，而剩下的(N-24)层针对整个信号的贡献不会超过8％。此模型显示出传感器灵敏度、材料结构以及所述被探测物理结构的最大尺寸之间的关系。
假设可通过光学测量方式解析出的最小材料结构与探测光的波长λ具有可比性，则可粗略估计出通过光学物理不可克隆函数自被探测区域所能获取的最大信息量。所述探测体积Vp可分成Ne个单元体积λ3。在最简单的情况下，每个单元体积表示1个比特的信息，所述最大信息量即为单元体积的数量，即Ne＝Vp/λ3。
举例而言，当波长为700nm，探测体积Vp的大小为1.0×1.0×0.3mm3时，最多能提取8.7×105个比特的信息。
在光传播方面，为了描述介质出光面上的光分布特性，以及在制造公差对光分布结果的影响方面，为了将最佳介质的结构和尺寸与所集成测量器件关联，可对所采用的介质的理论光传播参数进行计算。
举例而言，可基于单元结构进行所述计算。一个无序结构可在数学意义上被分解成一系列有限的周期性单元结构。可在与所述探测体积Vp具有相比性的体积内对此类结构内的光传播参数进行数值计算。此结构的任一参数，如层数、周期长、对比度或空间变化，均能单独调整并对其所引起的光分布变化进行计算。
图5所示为由三个光作用层501、503、505组成的叠层体的示意图。其中，所述光作用层分别包含相互间隔的表面元素507、509、511，例如为排列成周期性图案(光栅)的金属条形体。所述光栅可由调制折射率n(x)、吸光度Δ(x)、周期Px、层间距d和相对层偏移量Δa表征。
可使用所谓的缝合法(stitch method)来确定光作用层501、503、505的排列方式和/或结构。在该缝合法中，可将体积分割为多个子体积(如30×30×30μm3)或单元结构，所述光分布可由每个子体积或单元结构来确定。
光作用层501、503、505上下设置，其在x方向上可具有相对层移，也可不具有相对层移。此外，可将相互间隔的表面元素507、509、511的表面对齐至朝向同一方向，即其法线位于z方向和/或倾斜至法线位于z-x方向。
图6a所示为设置于身份识别卡600的透明卡体601内的如图5所示的光作用层501、503、505。所述身份识别卡还包括多个光源603以及多个光传感器605。图6b和图6c所示为10nm反射层厚度(图6b)和20nm反射层厚度的相应的光分布。
光作用层501、503、505可包括相互间隔的表面元素，所述表面元素由薄的(相对层间距而言)金属条形物形成且嵌入卡体601的透明聚合材料内。所述金属条形物可具有不同宽度，如图6a所示逐层变化的宽度。图6a为该结构的横截面示意图，其中，相邻的相互间隔的表面元素间的周期Px可设为50μm(波长级)，光作用层501、503、505之间的间距设为大约100nm(波长级)。
光作用层501、503、505的厚度可以为10nm至30nm或甚至10nm至300nm间的任意值。所述体积可使用波长为630nm的平行光以法线入射的方式照明。
图6b和图6c所示为归一化至入射光强的光强空间分布。如图所示，10nm和30nm的不同金属层厚度的光分布不同，后者产生了光聚焦，因此其光图像的对比度更高。此外，当所述光分布随与所述结构之间的距离变化而变化时，所述结构将引起所述整个计算体积内的光重新分布。在所述光分布中，某些距离处的对比度更高，而在靠近所述结构处的光斑的对比度和特征尺寸均较小。所述结果显示了光作用层的20nm的厚度差所造成的光分布变化。
以下，将对光作用层的材料选择进行描述。
所述光作用层可以具有与包覆于其周围的卡体不同的光特性，如透光率。根据某些实施例，可使用已知的制卡技术制造所述光作用层，包括印刷、喷涂、扩散、压纹、真空沉积技术以及全息记录。
大多数光学材料不和光发生相互作用，从而可产生同步线性响应。基于此类材料制造的物理不可克隆函数所发出的信号在光源发射光的同时被传感器测得，而且该信号的值与探测光强成正比。
假设传感器的光采集时间为tm，则需采用与光相互作用的时间小于tm的材料。非线性光学材料的光学特性在该材料被照射将发生变化。该变化与所述照射光强密切相关，可在短时间内诱发，且在照射光被切断后逐渐恢复。荧光材料在吸收一定光谱范围内的光后，发出另一光谱范围(通常为红移)内的光。所述发光在吸光后极短时间内发生，该时间间隔很大程度上取决于发光部分周围的分子结构。一般而言，发光和吸光之间的时间间隔为0.5～20ns。
特别优选地，可使用时间分辨或时间滞后的方式测量，其中，在探测光发光后，延迟一定时间测量响应。然而，这种测量方式只有在所述材料响应在照射时或照射后可发生可逆变化的形况下才有意义。此种材料例如为光致变色材料。当光致变色材料被光化性光照射时，其可转化至具有不同吸收光谱的其他形态。其后，还可通过加热或光照方式使其恢复至最初的形态。最为有效的光致变色材料有芪类、螺毗喃类、偶氮苯化合物以及菌视紫红质。
所述材料类型及其相关特性归纳于表1中。
表1：材料概述及特性
可通过将光源和传感器集成至内嵌于卡中的安全芯片(集成电路)内的方式，实现光的产生及测量。
根据某些实施例，所述物理不可克隆函数的结构可用于生成加密密钥。其中，可通过直接使用物理不可克隆函数的独有质询至响应映射的质询-应答协议实现密钥认证。
根据某些实施例，基于材料的物理不可克隆函数可在如下情形中使用：所述测量电路系统集成于智能卡控制器中，且所述物理不可克隆函数结构形成包覆所述芯片的卡体材料的一部分。由于此种物理不可克隆函数系统的任何变化都会导致测量数据的差异，从而造成物理不可克隆函数响应的变化，所以其被认为可抵御激光故障注入攻击以及微探测攻击。

Claims (15)

1.一种身份识别卡，包括：
卡体(201)；以及
物理不可克隆函数，设于所述卡体内，其中，该物理不可克隆函数包括第一光作用层(203)和第二光作用层(207)；
所述第一光作用层(203)包括由透光率小于所述卡体(201)的相互间隔的表面元素(205)组成的第一图案；所述第二光作用层(207)包括由透光率小于所述卡体(201)的相互间隔的表面元素(209)组成的第二图案。
2.如权利要求1所述的身份识别卡，其特征在于，所述第一光作用层(203)和第二光作用层(207)的透光率小于所述卡体的透光率。
3.如权利要求1所述的身份识别卡，其特征在于，各所述光作用层(203，207)是线性光学层、非线性光学层或光激发层。
4.如权利要求3所述的身份识别卡，其特征在于，所述线性光学层为金属层、印刷油墨层、纳米粒子层、具有与所述卡体不同的光折射率的层和衍射层中的其中一种，所述非线性光学层为非线性聚合物层，所述光激发层为荧光材料层。
5.如权利要求1所述的身份识别卡，其特征在于，所述表面元素(205，209)为条形体、长方形体、圆形元素或椭圆形元素。
6.如权利要求1所述的身份识别卡，其特征在于，各所述图案为周期性图案、非周期性图案或光栅。
7.如权利要求1所述的身份识别卡，其特征在于，各所述图案为一维或二维图案。
8.如权利要求1-7中任一项所述的身份识别卡，其特征在于，所述由相互间隔的表面元素(205)组成的第一图案和由相互间隔的表面元素(209)组成的第二图案上下设置。
9.如权利要求8所述的身份识别卡，其特征在于，所述第一光作用层(203)的相互间隔的表面元素(205)和所述第二光作用层(207)的相互间隔的表面元素(209)在一公差范围内上下对准设置；或者所述第一图案和所述第二图案相互移位设置。
10.如权利要求8所述的身份识别卡，其特征在于，所述第一光作用层(203)的相互间隔的表面元素(205)的表面与所述第二光作用层(205)的相互间隔的表面元素(209)的表面具有相同或不同尺寸。
11.如权利要求1-7中任一项所述的身份识别卡，其特征在于，所述第一和第二光作用层(203，207)包括分别具有波长级表面尺寸或厚度的相互间隔的表面元素(205，209)，或所述第一和第二光作用层(203，207)包括分别由一波长级的距离相互隔开的表面元素(205，209)，或者所述第一光作用层(203)与第二光作用层(207)之间的距离为波长级。
12.如权利要求1-7中任一项所述的身份识别卡，其特征在于，所述第一光作用层(203)和第二光作用层(207)共同组成一光学透镜。
13.如权利要求1-7中任一项所述的身份识别卡，其特征在于，所述卡体(201)包括层叠透明层，所述第一光作用层(203)设置于所述卡体(201)的两个相邻层叠透明层之间，所述第二光作用层(207)设置于所述卡体(201)的两个相邻层叠透明层之间。
14.如权利要求1-7中任一项所述的身份识别卡，还包括：光源(211)，用于向所述第一光作用层(203)和第二光作用层(207)发射光，以及光学传感器(213)，用于感测所述第一光作用层(203)和第二光作用层(207)响应于所发射的光而产生的光。
15.一种身份识别卡的制造方法，包括：
提供多个透明叠层；
在相邻透明叠层之间设置第一光作用层以及在相邻透明叠层之间设置第二光作用层，从而获得一物理不可克隆函数；以及
对所述透明叠层和物理不可克隆函数压层，以获得所述身份识别卡；
其中，所述第一光作用层包括由透光率小于所述透明叠层的相互间隔的表面元素组成的第一图案；所述第二光作用层包括由透光率小于所述透明叠层的相互间隔的表面元素组成的第二图案。
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