CN113573914B - 用于瓶子鉴定的防篡改物理不可克隆功能密封件 - Google Patents

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Abstract

葡萄酒和烈性酒的瓶子具有适用于瓶子的盖/塞子的收缩包装密封，或其他类型的密封。这种密封材料可以加入随机磁化的颗粒，例如钕、铁和硼的合金(“NdFeB”)碎片。随机磁化的颗粒为瓶子提供了唯一的不可克隆的磁指纹。可以对围绕瓶子颈部的表面的一个或更多个周向带记录磁场，并用作鉴定瓶子的磁指纹。可以通过将瓶子插入测量磁指纹的适当的装置中来执行鉴定。

Description

用于瓶子鉴定的防篡改物理不可克隆功能密封件
相关申请的交叉引用
美国专利申请第16/823,621号，标题为“Multi-Factor Physically UnclonableFunction Key,Coin,or RFID”。
临时申请的优先权要求
本申请涉及并基于35U.S.C.119(e)要求2019年3月22日提交的、标题为“Tamper-Proof PUF Seals for Authentication of Bottles”的美国临时申请第62/822,541号的优先权，其内容据此通过引用以其整体并入本文。
背景
本公开总体上涉及葡萄酒、烈酒、包装密封和标签领域的防伪技术。
某些类型的产品往往比其他产品对造假者更具吸引力—葡萄酒和烈酒符合这两个关键标准，具有强大品牌、高定价和高税收。根据欧盟知识产权局，由于葡萄酒和烈酒工业的伪造，2018年全欧洲的销售额几乎损失了28亿欧元。此外，跟据市场分析人士称，全球售出的葡萄酒中有20％是伪造的，在一些国家，这一比例上升到了50％。
两家欧洲公司已经推出了防伪技术，旨在防止葡萄酒和烈酒的瓶子被非法再灌装。这项名为的技术是由法国的Inside Secure和比利时的Selinko开发，并使用了近场通信(“NFC”)标贴。NFC标贴被包含在密封瓶子的颈部的胶囊中，使得能够知道瓶子以前是否被打开过。
De La Rue发表的一项案例研究指出：“The Eddington Group是世界著名的“TheMacallan Highland Single Malt Scotch Whisky”的制造商，当再灌装的已使用的瓶子完整带着标签，开始以其品牌名称出现在货架上时，他们面临着挑战。这带来了严重的消费者安全问题，以及全球品牌问题。”
作为解决方案，制酒者在他们的瓶子上添加了De La Rue的防篡改全息安全标签，以打击伪造问题。然而，全息图是可以复制的，所以目前还不清楚这种解决方案能持续多久。需要一种更安全的不可克隆的鉴定方法来阻止对高价葡萄酒和烈酒的空瓶或任何具有用于打开包装的明确入口的包装物进行再灌装。
概述
所描述的发明是包含物理不可克隆功能(physically unclonable function，PUF)的标签、密封件、部件或包装，如果受到干扰，该物理不可克隆功能(PUF)具有防篡改指示。篡改特征在表面上通过视觉或感测方法可以明显看出。防篡改功能的应用旨在用于较高价值的物品，包括葡萄酒、烈酒或包装。
附图简述
结合附图，参考本公开实施例的以下描述，将更明白并且更好地理解所公开的实施例的上述和其他特征及优点以及获得它们的方式，其中：
图1示出了一个带有收缩套的瓶子。
图2示出了带有防篡改环的螺旋盖。
图3A示出了物理不可克隆功能密封标签，且图3B示出了位于瓶子上的物理不可克隆功能密封标签。
图4A示出了具有单侧释放层的物理不可克隆功能材料横截面，且图4B示出了已篡改的具有单侧释放层的物理不可克隆功能材料横截面。
图5A示出了具有双侧释放层的物理不可克隆功能材料横截面，1且图5B示出了已篡改的具有双侧释放层的物理不可克隆功能材料横截面。
图6A示出了多因素物理不可克隆功能材料，且图6B示出了多因素物理不可克隆功能材料的横截面。
图7示出了带有可移除区段的物理不可克隆功能材料标签。
详细描述
应理解的是，本公开不将其应用局限于在以下描述中阐述或在附图中示出的部件的构造和布置的细节。本公开能够用于其它实施例，并且能够以各种方式被实践或执行。此外，要理解的是，本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为限制。如本文所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括(including)”、“包括(comprising)”以及类似的术语是开放式术语，其指示所述元件或特征的存在，但不排除额外的元件或特征。冠词“一(a)”、“一(an)”和“该”旨在包括复数和单数，除非上下文另有明确指示。本文“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有”以及其变型的使用是指包括其后列出的项目及其等同物以及额外的项目。
诸如“大约”以及类似的术语具有语境含义，用于描述物体的各种特征，并且这些术语对于相关领域的普通技术人员来说具有这些术语的普通和习惯含义。诸如“大约”以及类似的术语，在第一种语境中，如相关领域的普通技术人员所理解的，表示“接近”到一定程度；并且在第二种语境中，用于描述物体的各种特征，并且在该第二种语境中，如相关领域的普通技术人员所理解的，表示“在很小的百分比内”。
除非另有限制，术语“连接”、“联接”和“安装”及其变型在本文被广泛地使用，并且包括直接和间接的连接、联接和安装。此外，术语“连接”和“联接”及其变型并不限于物理或机械的连接或联接。为了方便描述，使用空间相对术语，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”和“侧”、“下面”、“下”、“之上”、“上”及类似术语，来解释一个元件相对于第二元件的定位。除了图中所描绘的不同定向之外，这些术语旨在包括设备的不同定向。另外，诸如“第一”、“第二”及其类似的术语用于描述各种元件、区、区段等，并且不旨在是限制性的。贯穿本描述，相同的术语是指相同的元件。
如图1所示，许多葡萄酒瓶具有施加到瓶子131的盖/塞子121的收缩包装密封(shrink-wrap seal)110。这种收缩包装材料可以加入随机磁化的颗粒，例如钕、铁和硼的合金(“NdFeB”)或钐和钴的合金(“SmCo”)的碎片(flakes)，如标题为“PhysicalUnclonable Function Having Magnetic and Non-Magnetic Particles”的美国专利9,553,582中所教导的，该专利的内容据此通过引用整体结合于本文。随机磁化的颗粒为瓶子的顶部提供了唯一的、不可克隆的磁指纹。可以对围绕瓶子的颈部的表面的一个或更多个周向带记录磁场，并且用作鉴定瓶子的磁指纹。相反地，柔性表面磁场读取设备围绕圆柱体弯曲。可以通过将瓶子插入亭型装置或其他合适的装置来执行鉴定，当瓶子旋转一到两圈或更多圈时，该装置测量磁指纹，或者在一定弧度内直接读取。例如，这些亭型装置可以放置在零售机构中，以便在每次需要鉴定瓶子时使用。
在第一实施例中，亭型装置在底部具有可旋转的表面，葡萄酒瓶放置在该表面上并居中。在旋转表面下附接到轴的旋转编码器提供旋转角度值，用于在瓶子被鉴定时与磁场读数相关联。一个或更多个磁传感器，优选3轴传感器，被推进到与在瓶子顶部附近的PUF防篡改密封件接触。充分地旋转(优选360度)瓶子以建立磁场档案(field profile)，并且记录磁场的每个轴/分量的磁场档案。测量的档案被处理并与注册数据进行比较，以鉴定瓶子。鉴定数据的处理可以在远程服务器上进行，该远程服务器可以访问每个PUF保护的瓶子的注册测试值。瓶子标签还可能包含条形码或二维(“QR”)码，用于识别葡萄酒的品牌和瓶子的序列号。该信息可以由数码相机或其他传感器(光学的或其他的)读取，以识别被鉴定的瓶子的序列号。然后，远程服务器可以使用该序列号来选择该瓶子的注册数据文件。
在第二实施例中，瓶子保持静止，并且一个或更多个传感器位于磁性PUF密封材料的表面上或在该磁性密封材料的表面上移动。根据磁性PUF密封材料的位置，该运动可以围绕瓶颈的表面、沿着瓶颈的长度、或者沿着瓶子的任何其他合适的表面。在圆形路径上测量指纹通常是优选的，因为它比沿其他路径测量需要更少的数据存储，由于在圆形路径上测量允许在已知位置连续读取。其他路径将需要额外注册路径信息的开始和停止。
在第三实施例中，瓶子被水平放置在滚动器或其他类似的设备或机构上，并围绕瓶子的轴线旋转，同时从固定的传感器位置收集磁指纹信号。
在第四实施例中，磁性PUF盘可以附接到瓶子的顶部或底部，用于在存在优选平坦表面的地方进行鉴定。
当瓶子被鉴定时，信息被传输回亭型装置，以确认瓶子鉴定为真，并且可以在屏幕上显示或打印一份简要报告或鉴定为真的证书，以供顾客同瓶子带走。报告信息可以包括诸如瓶子序列号、葡萄园位置、桶号、装瓶位置、装瓶日期等细节。鉴定报告还可以显示所有之前的鉴定记录(时间、地点、鉴定位置、鉴定亭型装置的身份证明等)。该信息将用作阻止再灌装，同时允许零售商在收到来自任何来源的瓶子时进行鉴定。
以类似的方式，本发明可以应用于像伏特加、杜松子酒、波旁酒等烈酒的瓶子。它还可以应用于含有处方药的瓶子或任何其他需要鉴定的包装产品的鉴定。
在第五实施例中，如图2所示的篡改显示盖(tamper-evident cap)201可以被模制，其中磁性碎片位于盖221的平坦顶部中。指纹可以在瓶子旋转期间在侧部231或顶部221上读取，或者在使用磁传感器阵列的固定读取器中读取。当顶部221被移除时，盖底部211与顶部221分离，使得磁性颗粒被扰乱并从它们的原始位置分离。
应该认识到，在任何前述可能的实施例中，包含磁传感元件阵列的手持磁传感设备可以用于扫描磁性PUF密封材料。手持磁传感设备的用户操作可以类似于手持2D光学条形码扫描器的传统用户体验。然而，并非捕获光学条形码数据，当手持磁性扫描器被放置成与PUF密封材料静止接触时，读取器内的磁传感器阵列在沿着标贴表面的点捕获磁性数据。该传感器构建了在每个传感元件处看到的磁场强度的“图(map)”。然后，将该感测到的磁性数据图与先前注册的磁场图进行比较，该磁场图是在产品制造的原始时间获得的，以确定磁性“指纹”是否真实。在磁性PUF密封材料已经被篡改的情况下，由磁性阵列传感设备收集的磁指纹将将会与在原始制造时(即在篡改之前记录的)磁性数据图(指纹)不匹配。
本发明是PUF材料在防篡改标签或密封中的应用，从而产生多因素鉴定。密封件具有在表面上赋予其唯一签名的属性，其可以作为在预定状态下或在被密封的物体的安装之后用于鉴定的特征。图3示出了用于密封物体的防篡改标签。标签301显示有字“SEAL”。该标签集成了物理不可克隆功能(PUF)材料311，其产生了可以被传感器设备(未示出)查询的唯一指纹。PUF材料是分布开的、随机定向的、足够密集的，以使其无法复制。密集性也使得如果任何部分被移除，那么可以证明标签已经被篡改。另一个特征是PUF材料被配置为使得如果PUF材料从物体移除，则标签的部分被分离，留下一些PUF材料在物体上，另一些在标签上。由于移除是以导致PUF材料发生改变的方式，如果试图再密封，则结构将受到扰乱。这使得标签被篡改变得明显。实心形状代表PUF材料。这些颗粒也分布在“SEAL”字区域。
标签具有多个层，便于标签的篡改功能。基底可以用作标签的耐用表面。材料可以是乙烯基、PET、聚酯、丙烯酸、纸或其他刚性或柔性材料。鉴定可以通过人工或电子检查。标签具有额外的特征，以便于破坏密封来指示篡改。图3A示出了两排圆圈321a、321b，该两排圆圈是穿孔区域，当盖被移除时将成为撕裂位置。可以使用其他手段来进行压入、浮凸或划线，以产生撕裂位置，来替代穿孔区域。
图4A示出了沿4A-4A线截取的图3A中的标签的横截面。刚性或薄膜基底是包含PUF材料的标签的上层411。下一层是粘合剂层421，PUF材料分布在粘合剂中。有一个可选的释放层431，该释放层431使得粘合剂以比移除标签的其余区域更低的力度分离。标签贴在物体或包装441上。释放层可以位于这些层内的多个不同位置。该标签的一个关键特征是基底可以被唯一地注册(enrolled)。粘合剂也可以与标签基底一起作为特征和注册。这允许在分离之前和之后对标签进行司法评估。图4B示出了分离结果，一些粘合剂留在基底上，一些留在物体或包装441上。
图5A示出了一种选择，其中粘合剂511是唯一包含PUF材料的层。这是一种成本较低的解决方案，但它没有唯一地识别基底的能力。当标签表面501被拉动以开始分离时，释放层531包括薄弱点来启动分离。PUF材料521可以由相对磁导率大于1的颗粒组成。这些可以是硬的或软的磁性材料。在硬磁性材料的情况下，它们可以被去磁化或预磁化。为了创建多因素鉴定，可存在其他PUF材料。这些包括光纤、镀铜或铝的线。如果光纤或线的长度是基底厚度的若干倍，那么它们将以最佳模式工作。这将允许光源或电压探头将能量联接到基底中，并将能量转移到沿着基底的随机位置。这可以通过光敏或电容传感器来检测。通过具有多因素，可以应用不同的鉴定方法，这增加了系统的熵。
图5B示出了与物体或包装541分离的标签表面501。分离从释放层531开始，并使粘合剂层511破裂，留下撕裂的表面551。
向磁性颗粒621添加类似纤维的结构产生了桥接标签分离位置的附加特征。纤维可以沿着分离线从邻近材料中拉出。这些纤维的断裂或错位使得无法重新组装标签并保持原始注册数据的一致性。图6A、图6B示出了具有与颗粒集成在一起的光纤601的粘合剂或基底材料，以及光源611。
优选地，纤维可以从基体中拉出或者断开，断开的方式为如果重新组装，它们将不再执行鉴定功能。
通过选择模量低于粘合剂层的内聚强度和/或粘合强度的薄膜基底，可以提供篡改的额外证据，使得在移除后薄膜的形状以及因此薄膜内PUF材料的相对分布容易变形。PUF物体可以是回流材料(reflow material)，如具有基体材料的蜡。
图7示出了具有可移除区段711的标签，可移除区段711指示储存内容的使用情况。标签具有代表储存信息量的保留区段701。图7示出了划分成不同区域的标签或密封件。顶部较大区域701旨在成为永久标签区域，其中PUF材料位于某个区域内。其构造类似于图3和图5中的标签，其中PUF被设计为附接到包装上。底部的较小区域是代表使用和使用验证的撕掉或剥离区段。对于包装的每次使用，撕掉的711将代表一个令牌。该令牌将鉴定该使用来自某个包装。令牌可以完全转移给用户，或者可以仅使用部分分离。整个标签被注册到数据库中。如有争议，可分析包装上留下的永久PUF材料以及撕掉的令牌，以确保二者匹配。
该安全标签可以一次应用于一组包装。例如，图7可以位于较大容器包装的几个子片(pill)可拆卸节段上。通过撕掉子片区段，单个子片区段可以稍后被验证为来自母包装。
PUF材料被嵌入在电活性聚合物中，如果施加电势，该聚合物将变形。施加电势将通过置换材料和改变PUF颗粒的位置来迁移颗粒。材料可以在各种状态下注册，以便必须应用正确的电势来验证物体。
自毁式物体(self-destructing object)是通过选择热敏感的基体来创建的，这个基体允许颗粒迁移。湿气、震动位移、紫外线、空气暴露、化学、电或其他刺激可能会根据注册数据改变物体。这种方法可用于因包装内材料过期或撤销而使任何标签失效。通过这种方式，供应链中的用户可以拒绝无效的标签。
上述发明不限于应用的标签。制造层的过程可以集成到任何使标签成为包装或设备一部分的过程中。该过程可以集成到模制或挤压过程中，以制造更大设备的替代或原始部分。令牌可用于鉴定关键设备集合的修复或组装。
为了说明的目的，已提出了实施例的前述描述。其不旨在是穷举性的或不旨在将本公开限于已公开的精确的步骤和/或形式，以及明显的是，根据以上教导，很多修改和变型是可能的。其旨在本发明的范围由所附的权利要求界定。
本发明还涉及以下方面：
1.一种产生多因素鉴定的防篡改标签或密封件，包括：
标签，其集成有以颗粒形式的磁性的物理不可克隆功能(PUF)材料，所述PUF材料产生能够由传感器设备查询的磁场或磁指纹，其中所述PUF材料是分布的，并且是足够密集以使其无法复制的；
所述PUF材料被配置成使得如果所述PUF材料从物体上移除，所述标签的部分被分离，一些PUF材料留在所述物体上，而另一些PUF材料留在所述标签上；
所述标签中的多个层；和
基底，其作为所述标签的耐用部分，材料可以是乙烯基、PET、聚酯、丙烯酸、纸或其他刚性或柔性材料。
2.根据方面1所述的防篡改标签或密封件，其中能够对围绕瓶子颈部的表面的一个或更多个周向带记录磁场，并且所述磁场被用作磁指纹来鉴定所述瓶子。
3.根据方面1所述的防篡改标签或密封件，其中所述颗粒包含钕、铁和硼的合金。
4.根据方面1所述的防篡改标签或密封件，其中所述颗粒包含钐和钴的合金。
5.根据方面1所述的防篡改标签或密封件，其中所述标签或密封件还能够包含识别葡萄酒品牌和瓶子的序列号的条形码或二维(“QR”)码。
6.一种瓶子鉴定方法，包括以下步骤：
将标签贴在瓶子上，所述标签集成了以颗粒形式的磁性的物理不可克隆功能(PUF)材料，所述PUF材料产生可以被传感器设备查询的磁场或磁指纹，其中所述PUF材料是分布的，并且是足够密集以使其无法复制的；
配置所述PUF材料，使得如果所述PUF材料从物体上移除，所述标签的部分被分离，一些PUF材料留在物体上，而另一些PUF材料留在所述标签上；
通过对围绕瓶子颈部的表面的一个或更多个周向带记录磁场，以在所述瓶子上注册所述PUF标签的所述磁指纹，储存注册数据，并使用已记录的磁场作为磁指纹来鉴定所述瓶子；
使用在底部具有可旋转表面的亭型装置，所述瓶子被放置在所述可旋转表面上并居中，一个或更多个三轴磁传感器被推进到与在所述瓶子的顶部附近的所述PUF防篡改密封件接触；
旋转所述瓶子以建立磁场档案；和
将测量的档案与所述注册数据进行比较，以鉴定所述瓶子。
7.根据方面6所述的方法，其中所述瓶子旋转至少360度。
8.根据方面6所述的方法，其中所述瓶子保持静止，并且所述一个或更多个传感器在所述磁性PUF密封材料的表面上移动，以建立所述磁场档案。
9.根据方面6所述的方法，其中所述瓶子被水平放置在滚动器或其他类似的设备或机构上，并围绕所述瓶子的轴线旋转，同时从固定的传感器位置收集磁指纹信号。
10.根据方面6所述的方法，其中当所述瓶子被鉴定时，信息被传输回所述亭型装置，以确认所述瓶子鉴定为真，并且鉴定为真的证书能够显示在屏幕上或被打印出来。
11.一种用于密封物体的防篡改标签，包括：
物理不可克隆功能(PUF)材料，其被集成在所述标签中，所述标签产生能够被传感器设备查询的磁指纹；
至少两排穿孔区域，当所述物体被打开时，所述穿孔区域成为撕裂位置；
所述标签中的多个层，所述多个层包括：包含PUF材料的作为标签的上层的刚性或薄膜基底、具有分布在粘合剂中的所述PUF材料的粘合剂层、导致所述粘合剂以比移除所述标签的其余区域所需的力度更低的力度来分离的释放层。
12.根据方面11所述的防篡改标签，其中所述基底可以是唯一地注册的。
13.根据方面12所述的防篡改标签，其中所述粘合剂能够与所述标签基底一起作为特征并被注册。
14.根据方面11所述的防篡改标签，其中所述物体是瓶子。

Claims (9)

1.一种瓶子鉴定方法，包括以下步骤：
将标签贴在瓶子上，所述标签集成了以颗粒形式的磁性的物理不可克隆功能(PUF)材料，所述PUF材料产生能够被传感器设备查询的磁场或磁指纹，其中所述PUF材料是分布的，并且是足够密集以使其无法复制的；
配置所述PUF材料，使得如果所述PUF材料从所述瓶子上移除，所述标签的部分被分离，一些PUF材料留在所述瓶子上，而另一些PUF材料留在所述标签上；
通过对围绕所述瓶子的颈部的表面的一个或更多个周向带记录磁场，以在所述瓶子上注册所述标签的所述磁指纹，储存注册数据，并使用已记录的磁场作为磁指纹来鉴定所述瓶子；
使用在底部具有可旋转表面的亭型装置，所述瓶子被放置在所述可旋转表面上并居中，一个或更多个三轴磁传感器被推进到与在所述瓶子的顶部附近的所述PUF材料接触；
旋转所述瓶子以建立磁场档案；和
将所述磁场档案与所述注册数据进行比较，以鉴定所述瓶子。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述瓶子旋转至少360度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述瓶子保持静止，并且所述一个或更多个三轴磁传感器在所述PUF材料的表面上移动，以建立所述磁场档案。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述瓶子被水平放置在滚动器上，并围绕所述瓶子的轴线被旋转，同时从固定的传感器位置收集磁指纹信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其中当所述瓶子被鉴定时，信息被传输回所述亭型装置，以确认所述瓶子鉴定为真，并且鉴定为真的证书能够显示在屏幕上或被打印出来。
6.一种用于密封物体的防篡改标签，包括：
物理不可克隆功能(PUF)材料，其被集成在所述防篡改标签中，所述防篡改标签产生能够被传感器设备查询的磁指纹；
至少两排穿孔区域，当所述物体被打开时，所述穿孔区域成为撕裂位置；
所述防篡改标签中的多个层，所述多个层包括：包含PUF材料的作为所述防篡改标签的上层的刚性或薄膜基底、具有分布在粘合剂中的所述PUF材料的粘合剂层、导致所述粘合剂以比移除所述防篡改标签的其余区域所需的力度更低的力度来分离的释放层。
7.根据权利要求6所述的防篡改标签，其中所述基底能够被唯一地注册。
8.根据权利要求7所述的防篡改标签，其中所述粘合剂能够与所述基底一起作为特征并被注册。
9.根据权利要求6所述的防篡改标签，其中所述物体是瓶子。
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