CN114375561A - 加密锚读取器 - Google Patents

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CN114375561A CN202080062926.7A CN202080062926A CN114375561A CN 114375561 A CN114375561 A CN 114375561A CN 202080062926 A CN202080062926 A CN 202080062926A CN 114375561 A CN114375561 A CN 114375561A
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特里斯坦·桑托斯·达拉伊
罗伯特·亨利·麦森肯斯
尼尔森·古泰·纳瓦雷特
布兰特·丹尼斯·尼斯托姆
托马斯·尤金·潘伯恩
塞缪尔·里奥·罗杜斯
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Abstract

独特的物理不可克隆(PUF)功能对象可以通过模制或挤压在表面上产生可测量的物理特性的特定粒子来产生。磁化的粒子基于粒子的随机尺寸、位置、极性旋转、磁化水平、粒子密度等形成独特的可测量的磁性“指纹”。PUF对象还可以通过具有磁性、导电(磁性或非磁性)、光学反射或成形、变化的密度或机械特性的混合而在其它物理特性方面变化，从而导致声能粒子在基质或粘合剂中的随机反射、扩散或吸收。本发明设想感测这些特性中的任何特性。

Description

加密锚读取器
相关申请的交叉引用
无
临时申请的优先权要求
本申请与美国临时申请第62/898,348号相关并基于35 U.S.C.119(e)要求其优先权，该美国临时申请于2019年9月10日提交，其标题为“CryptoAnchor Reader”，其内容通过引用以其整体并入本申请中。
背景
本公开总体上涉及用于捕获物理不可克隆功能对象的物理可测量特性的设备，该物理不可克隆功能对象通过将特定粒子模制到树脂或基质中而产生。
概述
独特的物理不可克隆(PUF)功能对象可以通过模制或挤压在表面上产生可测量的物理特性的专用粒子来产生。PUF可以是预磁化或后磁化到树脂或基质中的粒子。预磁化粒子基于粒子的随机尺寸、位置、极性旋转、磁化水平、粒子密度等形成独特的可测量的磁性“指纹”。PUF对象还可以通过将磁性、导电(磁性或非磁性)、光学反射或成形、变化的密度或机械特性混合，以在其它物理特性方面发生变化，从而导致声能粒子在基质或粘合剂中的随机反射、扩散或吸收。本发明设想感测这些特性中的任何特性。
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。
图1示出了对高熵标记物(taggant)的可能光学响应。
图2示出了由iOS报告的实时原始三轴磁力计的示例。
图3A、图3B、图4A、图4B、图5A和图5B示出了手持读取器设备。
图6示出了手腕或前臂读取器设备。
图7A、图7B和图7C示出了具有多个磁力计的可旋转读取器设计。
图8和图9示出了传感阵列或CMOS阵列。
图10示出了使用本地移动电话设备的实施例。
图11A-图11C、图12A-图12B以及图13A-图13B、图14A-图14C、图15A-图15B以及图16示出了由用户佩戴或握持的读取器设计。
详细描述
应理解的是，本公开不将其应用限于在以下描述中阐述或在附图中示出的部件的结构和布置的细节。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。并且，应理解本文所使用的措辞和术语是出于描述的目的而不应被看作是限制。如本文中使用的，术语“具有”、“包含”、“包括(including)”、“包括(comprising)”等是开放式术语，表示所述元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征。冠词“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在包括复数和单数，除非上下文中另有明确说明。“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有”及其变形的使用在本文中意在包括在其后列出的项和其等同物以及附加的项。
诸如“大约”等术语具有上下文含义，用于描述对象的各种特征，并且这些术语对于相关领域的普通技术人员来说具有其普通和习惯的含义。诸如“大约”等术语在第一上下文中的含义是“近似”到相关领域普通技术人员所理解的程度；并且在第二上下文中，用于描述对象的各种特征，并且在这种第二上下文中，如相关领域的普通技术人员所理解的，其含义是“在小百分比内”。
除非另有限制，术语“连接”、“耦合”和“安装”及其变形在本文被广泛地使用并包括直接连接、耦合和安装以及间接连接、耦合和安装。此外，术语“连接”和“耦合”及其变形并不限于物理或机械的连接或耦合。为了方便描述，使用空间相对术语，诸如“顶”、“底”、“前”、“背”、“后”以及“侧”、“下”、“下方”、“低于”、“上方”、“高于”等，以解释一个元件相对于第二元件的定位。除了与图中所示的取向不同的取向之外，这些术语还旨在包括设备的不同取向。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语用于描述各种元件、区域、部分等，并且不旨在限制。在整个说明书中，相似的术语指代相似的元件。
本发明捕捉了与“加密锚(CryptoAnchor)”读取器(即，可感测加密锚的内容并提交数据用于认证的元件)相关的新概念。读取器可以以多种形式存在，并且同时采用一种以上的感测类型。“加密锚”的第一个实施例是悬浮在聚合物粘合剂中的预磁化粒子。读取器将具有在阵列中的多个磁感测元件。
磁感测阵列由分立的三轴霍尔效应器件组成，这些器件安装在印刷电路板(PCB)上，并在芯片封装允许的范围内尽可能靠近。这种方法的局限性是可实现的传感器空间密度低。与PCB上的分立芯片和表面附近的感测元件相比，具有非常高的空间密度的集成传感器阵列可能是优选的。磁光特征也可能是需要的。
虽然存在用于测量磁场的技术，但是加密锚标签旨在产生绝对值通常在0高斯和100高斯之间的磁场。读取器不是用来执行认证的，而是用来感测特征并将测量的信息传送给另一个计算比较的设备。比较的结果然后可以显示在读取器上。通信方法可以是有线的(例如，以太网)或无线的(例如，WiFi、蜂窝)。
除了磁性特征，高熵标记物的深度和分层提供了更多的自由度(DOF)供测量以确保真实性。例如，更高的DOF允许标签在大小、形状、品牌、错误检查、散列、独特性、可克隆性等方面的更多定制。参见图1，高熵标记物101可以包括例如光学特性，诸如镜面反射111、漫反射121、吸收131、散射141和透射151，包括但不限于人的视觉。新兴的小型化超光谱系统可以提供额外的光学和非光学传感器选择。
高熵标记物可以进一步包括荧光或磷光材料。在生物科学、分析化学和法医学中使用这些材料。
条形码和射频(RF)是在供应链中跟踪和追踪物品的常见且不断发展的手段。每种技术都很容易被复制，但是当与多个高熵标记物和独立读取每层的手段结合时，将能够实现深度和定制。
所描述的发明具有磁性标记物，但是允许系统的策略架构根据应用可能同时实施各种各样的标记物。分层很明显的一个市场示例是纸币市场，其中，例如，100美元的钞票包含大约20种不同的公开、隐蔽和取证性质的特征。
美国国防部提供了一个真实性要求的示例，以响应国会授权的服务部件认证改进，该认证改进寻求一种解决方案来防止在DoD设备中使用伪造的集成电路(IC)项目。DoD解决方案RFQ要求：(1)对现有供应链的最小破坏；假正例(false positive)率小于1/1012；假反例(false negative)率小于1/104；认证时间不到10秒；标签面积小于64mm2；附加IC高度小于1mm；DoD能够托管所有数据；标签成本低于50美元；并且读取器的成本低于50000美元。
此处描述的满足这些要求的解决方案是8x 8mm磁光器件，该器件包覆成型(over-molded)在带有读取器的芯片帽(chip cap)中，该读取器同时但独立地测量三轴磁签名、加密、通过蜂窝链路传输到第一服务器，并捕获高分辨率RGB/UV图像、加密、通过Wi-Fi链路传输到第二服务器。可以在每个服务器上的测量点进行逻辑“与”(AND)的比较，来验证关键集成电路的真实性。
在第二示例中，拥有独家品牌的高端消费品制造商寻求差异化的认证解决方案来进一步打造品牌。一种解决方案是将近场通信(NFC)标签与磁性标签一起嵌入品牌产品的徽标中。这种NFC标签可以通过移动电话和品牌应用进行查询。位于销售点显眼位置的带有品牌的磁性标签读取器可以为消费者提供认证。
移动设备、内在感测和为外围需求定义的接口的激增使得基于移动设备的读取器成为可能。为了让移动设备发挥指南针的功能(主要用于导航功能)，移动设备必须包含磁力计。图2示出了由iOS报告的实时原始三轴磁力计的示例，具有X场211、Y场221和Z场231。移动设备可以具有：(1)前置RBG相机、红外(IR)传感器、结构光投影仪和高像素密度显示器，它们可以用作光源；(2)后置RGB相机和闪光灯；以及(3)通信能力，包括蜂窝、WiFi、蓝牙、蓝牙启用、NFC和RFID。
在图3A、图3B、图4A、图4B、图5A和图5B中示出了结合机械的或手动的伸缩式读取头的设计，扩展了空间受限应用的有效范围，其可以与移动设备一起使用。图3A和图3B示出了手持式伸缩读取器301，其具有手柄握持部(handle grip)331、读取器311和支撑读取器311的伸缩单元341。图4A和图4B示出了手持伸缩杆401，其具有读取器(本文中也称为读取头)411、伸缩单元421、覆盖元件431A和431B，覆盖元件431A和431B包围在图4B中示出的处于缩回位置的读取器411，并且覆盖元件431A和431B在图4A中打开以允许读取器伸出。覆盖元件431A和431B可以在手柄451上的点461处枢转以打开441。在图5A和图5B中，具有手枪式握把(pistol-grip)541的设备上的读取器被示为具有读取器511、伸缩单元521、可以是移动设备的显示器531。读取器411由用户通过开关551激活。读取头可以包含相机和/或光源，用于引导定位。读取头还可以包含一组定位特征，包括机械和磁性手段以将样本与相机单元对准。读取头可以被替换以测量其他独特的特征，包括磁签名的独特性。
用于不使用手操作的手腕或前臂读取器设备601在图6中示出。读取器611可以通过蓝牙接口621连接。搭扣锁定附件623并随可模制带631移除，可兼作临时把手。
在图7A、图7B和图7C中示出了读取器设计的另一个实施例。阵列704中的多个旋转磁力计可能交错，以读取预磁化材料的通道。读取器头709可以靠着PUF样品(未示出)移动。读取器头可以通过法向力、搭扣配合和/或真空力来保持，并通过简单的机械特征来定位。这些特征可以配对为芯片/读取器。
在该实施例中，读取器701的旋转位置可以由通过轴703连接到读取器的马达702控制。其他元件包括边框712、压电元件705、磁场相机窗口710、传感器盖707、定位特征706、刻面光学PUF 708、密钥、SD卡或其他读取器711。可以结合接近感测(未示出)来触发传感器并反馈给用户。可以包括光学相机(未示出)来读取条形码和/或捕获标签的参考图像。接近允许RF(例如NFC、RFID)被激励并像条形码一样被读取。旋转传感器可以包含在棒、枪或探针形式中。传感器可以由电池供电，或者在外部，具有数据存储、A/D和各种通信功能。
由PUF元件中的磁性粒子产生的磁场线是闭合的，并且因此沿直线移动的单个场强传感器(例如，Bz)将看到幅度变化作为距离间隔和运动与磁场线正交性的函数。例如，由于对准，一个传感器可以读取最大Bz幅度，而第二传感器可以基于距离读取最小值。
传感器阵列在样品上方的受控距离处进行测量，其中每个读数都是不同的。受控距离可以是手动的或机械的。在机械化的情况下，对于每次测量，可以感测和记录接近度。在这里，到PUF样品的运动和从PUF样品的运动将测量磁场结构的独特特征。
在图8和图9所示的修改中，可以提供分立的传感器芯片801或裸互补金属氧化物半导体(“CMOS”)阵列901。可以提供用于电路保护的盖802、902，以及用于定向和锁定的键控801、901。如果对称、有键或无键，传感器可以在任何取向读取。
在图10A和图10B所示的另一实施例中，公开了使用可能交错的本地移动设备磁力计1001或磁力计阵列来读取PUF元件1002的方法。基准孔1003和基准空隙1005可用于定位。可以使用凸起的基准来代替基准空隙。一个装置具有允许旋转经过磁力计的枢轴1004，而第二装置1007促进滑动经过磁力计。这取决于枢轴的位置和滑动的定位特征。可以使用相机/闪光灯模块1006作为读取PUF标签的另一种方法。该读取也可以用于速度或光学数据。
移动支付方式正在快速发展，因此多种感测提供了一种在购买前进行认证的手段。当发起移动购买时(例如，
Figure BDA0003536900770000071
)，可以对购买的物品进行拍照(例如，对象识别)或RF(例如，NFC)询问。该步骤可以是可选的和/或设备制造商、零售商和/或品牌所要求的。所需的真实性验证级别可以是购买的类型/类别/价格/安全性的函数。管理员级别的用户可以选择退出(Opt-out)。然后需要物品的有效认证来完成购买。
移动设备选项提供了磁力计读数和相机的组合，该组合可用于各种目的，并为移动支付流程中的真实性验证工作流提供了机会。然而，值得注意的是，操作将依赖于移动设备以及相对于磁力计定位PUF标签。
此外，现代移动设备显示器的颜色、亮度和高分辨率可以用作测量独特光学对象的光源。显示器可以运用一组图案、亮度和颜色。图案可以是跨样品表面任何部分的线条、棋盘、同心圆。此外，一个工程光导管可以将任何表面和所有表面上出射的光透射回本地相机。
独特的光学对象可以包括各种难以克隆的实施例，包括但不限于封装在透明介质中的散斑、折射率、遮挡、反射器、滤光器等。表面或光学对象可以包括反射镜、端口和透镜，以在透明介质中包含和分散光。使用这些独特的光学对象，可以将闪光引入特定位置，并在另一个位置收集透射光。内部反射和吸收会在时间上延迟原始脉冲的传输。使用随机内部反射和吸收的光时域检测，有可能使用移动设备的本地闪光作为源。
其他读取器设计包括戴在手上以提高手的利用率的形式1101，诸如在图11A、图11B和图11C中的形式。读取器1101包括将读取器保持在用户的手1131上的元件、读取器屏幕1121，并且可以具有指示操作的LED指示器1111。
图12A和图12B中示出了佩戴在用户手上的另一个设计1201。带1221(优选为柔性的)固定该设备，读取器屏幕1211由用户的手引导。读取器可以具有LED指示器1231来指示操作。
图13A和图13B中所示的是戴在用户手上的最终设计1301。带1321(优选为柔性的)固定1331设计，读取器屏幕1341由用户的手引导。读取器可以具有LED指示器1311来指示操作。
图14A、图14B和图14C中示出了读取器，其中读取器传感器集成在移动平板电脑外壳中。模块化读取头1411，可选地添加智能电话或平板电脑1411，安装在接收支架1451中。提供可旋转的读取器1421用于优选的人机工程学和/或读取/头部保护。优选为柔性的带1431固定该设备。
图15A和图15B中公开了双手读取器1501，其具有大的感测窗口1551和读取器内的取向感测(未示出)以帮助图像捕获/处理。双手读取器1501具有手柄1521、支撑垫1531和可选的工作空间区域1541。
最后，公开了具有读取器模块1611的手持设备1601，该读取器模块1611卡扣锁定到具有用于用户手的握持部1641的触笔(stylus)1631的接收器1651中。读取器可以具有LED指示器1661来指示操作。

Claims (13)

1.一种使用包覆成型到集成电路芯片帽中的磁光器件来验证真实性的方法，包括：
同时但独立地读取芯片上高熵标记物的三轴磁签名；
加密读数；
通过蜂窝链路向第一服务器或第一云位置传输加密的读数；
捕获高分辨率RGB/UV图像；
加密所述图像；
通过Wi-Fi链路向第二服务器或第二云位置传输加密的图像；
在测量点处将所述加密的读数进行逻辑“与”比较，以验证集成电路芯片的真实性。
2.根据权利要求1所述的方法，其步骤还包括：
将近场通信(NFC)标签与磁性标签一起嵌入到品牌产品的徽标中；
用移动电话和品牌应用询问所述NFC标签；
在销售点的显眼位置放置带有品牌的磁性标签读取器，来为消费者提供认证。
3.一种物理不可克隆功能读取器，包括：
处于交错阵列中的多个旋转磁力计，其通过法向力、搭扣配合和/或真空力来定位；
马达，所述马达用于控制所述读取器的旋转位置；
轴，所述轴将所述马达连接到所述读取器；
磁传感器；
定位特征；和
接近感测装置。
4.根据权利要求3所述的读取器，其中，交错阵列中的所述多个旋转磁力计测量预磁化材料的读取通道中的磁场。
5.一种物理不可克隆功能读取器，包括：
具有传感器阵列的读取头，所述传感器阵列在样品上方的受控距离处进行测量，其中每个读数将是不同的，其中所述受控距离是机械的，并且对于每次测量，感测并记录对所述样品的接近度；
相机或光源，所述相机或光源用于引导所述读取头进入位置；和
定位特征，所述定位特征用于将所述样品与相机单元对准。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述读取头是伸缩式的，以扩展空间受限应用的有效范围。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述伸缩式是机械化的。
8.根据权利要求5所述的设备，还包括：
手柄握持部；
覆盖元件，其包围在缩回位置的所述读取器并打开以允许所述读取器伸出，其中所述覆盖元件能够在手柄上的一点处枢转以打开。
9.根据权利要求5所述的设备，其中，读取器设备安装在用户的前臂或手腕上，以不使用手操作。
10.根据权利要求5所述的设备，其中，读取器设备佩戴在用户的手上，所述读取器设备包括：
柔性带，所述柔性带用于固定设备；
读取器屏幕，所述读取器屏幕由用户的手指引导；和
LED指示器，所述LED指示器用于指示操作。
11.根据权利要求5所述的设备，进一步地，其中，读取器传感器设备被集成到移动平板电脑外壳中。
12.根据权利要求5所述的设备，进一步地，其中，读取器设备具有两个手柄握持部，以使用户能够操作。
13.根据权利要求5所述的设备，还包括：
读取器模块；和
具有用于用户的握持部的触笔，其中所述读取器模块卡扣锁定到所述触笔的接收器中。
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