具有物理不可克隆函數(shù)的身份識別卡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有物理不可克隆函數(shù)（Physical Unclonable Function, PUF) 的身份識別卡。
【背景技術(shù)】
[0002] 如今，各式各樣的應(yīng)用一一從銀行業(yè)務(wù)處理到電子護(hù)照的訪問控制一一都是基于 身份識別卡（即智能卡）來實(shí)現(xiàn)的。這些卡上可以通過配置加密模塊，來為系統(tǒng)及用戶提 供高級別的安全保護(hù)。然而，智能卡及加密IC卡的設(shè)計(jì)師和制造商們?nèi)栽跒檫M(jìn)一步提高其 卡體的安全性而不斷努力。
[0003] 為進(jìn)一步提高身份識別卡的安全性，可使用物理不可克隆函數(shù)（Physical Unclonable Function)。物理不可克隆函數(shù)包含于物理實(shí)體中，易于評估，但難以預(yù)測。此 外，此類函數(shù)即使在其確切的制造過程為已知和可用的情況下仍難以復(fù)制再現(xiàn)。因此，基于 物理不可克隆函數(shù)的安全架構(gòu)能保證設(shè)備獨(dú)有的加密密鑰的內(nèi)在不可復(fù)制性、抗物理干擾 能力及安全生成。眾所周知的裸硅物理不可克隆函數(shù)旨在確保其電路本身的安全性，但無 法為嵌入該電路的卡體提供抗干擾能力。
[0004] 物理不可克隆函數(shù)的質(zhì)詢-應(yīng)答行為由制造工藝偏差形成的亞微米級物理特性 所決定，即使是原制造商也無法復(fù)制此類工藝偏差。物理不可克隆函數(shù)能夠根據(jù)物理特性， 而非保險(xiǎn)絲等二進(jìn)制存儲機(jī)構(gòu)，生成設(shè)備獨(dú)有的秘密內(nèi)容。正如Lim Daihyun、Lee Jae W.、 Gassend Blaise、Suh G. EdwarcUvan Di jk Marten 和 Devadas Srinivas 于 2005 年發(fā)表在 IEEE基于超大規(guī)模集成電路（VLSI)系統(tǒng)議事錄13卷10號1200-1205頁上的《集成電路中 加密密鑰的獲取》中所述，在過去的十年中，已提出且實(shí)現(xiàn)了數(shù)種物理不可克隆函數(shù)設(shè)計(jì)。 相關(guān)內(nèi)容可進(jìn)一步參考 Thomas Esbach、Walter Fumy、Olga Kulikovska、Dominik Merli、 Dieter Schuster和Frederic Stumpf所著且即將發(fā)表于《安全電子商務(wù)流程-2012歐洲 信息安全解決方案會議集錦》中的《一種用于智能卡的采用物理不可克隆函數(shù)的新型安全 架構(gòu)》。
[0005] 物理不可克隆函數(shù)通常以硅結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)且利用電路系統(tǒng)中遠(yuǎn)低于制造工藝公差 中的微小偏差來實(shí)現(xiàn)。這些不可復(fù)制的偏差使得電路系統(tǒng)具有唯一性，因而通常被稱為"芯 片指紋"。然而，雖然獲得廣泛研宄，但物理不可克隆函數(shù)的應(yīng)用仍十分少見，且在高端安全 架構(gòu)應(yīng)用中很少考慮使用物理不可克隆函數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在身份識別卡中高效應(yīng)用物理不可克隆函數(shù)的 概念。
[0007] 所述目的可由本發(fā)明的獨(dú)立權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)，其他實(shí)施例見于各從屬權(quán)利要求的標(biāo) 的物，說明書以及附圖。
[0008] 本發(fā)明基于如下發(fā)現(xiàn)：所述目的可通過在透明卡體的不同層次設(shè)置不同光作用層 來實(shí)現(xiàn)。
[0009] 所述光作用層可由分別包括由形成光柵的金屬條組成的圖案（如周期性圖案）的 金屬層形成。多個上下設(shè)置的此類光作用層可以獨(dú)特的方式衍射、和/或折射、和/或反射 入射光，從而形成可標(biāo)識所述身份識別卡的獨(dú)有指紋。這些光作用層在身份識別卡的制造 過程中十分易于實(shí)現(xiàn)。例如，可將所述光作用層嵌入塑料（如聚合物卡體）中，或?qū)⒃摴庾?用層設(shè)置于所述身份識別卡的各透明疊層之間。
[0010] 所述物理不可克隆函數(shù)的一個優(yōu)勢在于其能包括卡體內(nèi)非隨機(jī)分布的良好定義 宏觀結(jié)構(gòu)，從而簡化制造過程，并使得光作用在測量系統(tǒng)靈敏度意義上獲得優(yōu)化。同時，所 述微觀制造工藝的最小公差可實(shí)現(xiàn)每個制出結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)光響應(yīng)特性的獨(dú)特性，從而使得 該獨(dú)特性成為物理不可克隆函數(shù)的固有屬性。
[0011] 根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種身份識別卡，包括：卡體以及設(shè)置于該卡體內(nèi)的物 理不可克隆函數(shù)。其中，所述物理不可克隆函數(shù)包括第一光作用層以及第二光作用層。
[0012] 所述物理不可克隆函數(shù)用于提供所述身份識別卡的光學(xué)指紋或密鑰，因此其相應(yīng) 材料結(jié)構(gòu)可具有至少部分不同于所述卡體的光學(xué)特性。例如，其相對于白光、紫外光或紅外 光的透光率低于所述卡體的透光率。所述卡體可為透光卡體且由一個或多個塑料層（如聚 合物層），尤其塑料疊層組成。
[0013] 所述第一光作用層和第二光作用層可分別具有平坦表面。
[0014] 所述各光作用層的光作用可以為相對于所述卡體的透光率下降，或相對于所述卡 體的反射率、折射率或衍射率的增加或降低等變化。所述光作用包括散射、衍射、折射、反 射、和/或透射率的降低。
[0015] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述第一光作用層和第二光作用層的透光率低于所述卡體的 透光率。所述第一光作用層和第二光作用層可例如為折射層、和/或衍射層、和/或反射層、 和/或至少部分不透明層，從而使得所述身份識別卡獲得光學(xué)指紋。
[0016] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述各光作用/作用層均為線性光學(xué)層、非線性光學(xué)層或光 激發(fā)層。
[0017] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述線性光學(xué)層為金屬層、印刷油墨層、納米粒子層、具有與 所述卡體不同（如大于或小于）的光折射率的層、衍射層中的其中一種；所述非線性光學(xué)層 為非線性聚合物層；所述光激發(fā)層為熒光材料層。
[0018] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述第一光作用層和第二光作用層上下設(shè)置，例如在一公差 范圍內(nèi)（如1%或5%)上下精確設(shè)置，或者互相移位設(shè)置。
[0019] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述第一光作用層和/或第二光作用層包括相互間隔的表面 元素，尤其為條形體、長方形體、圓形元素或橢圓形元素。
[0020] 此處所述"表面元素"在某些實(shí)施例中指厚度小于所述層間距離且呈平坦?fàn)畹脑?素，所述表面元素的表面可以為平面。不同于顆粒，所述表面元素的表面由表面區(qū)域形成， 所述表面區(qū)域可例如為面向設(shè)置于所述卡體上的光源。
[0021] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述第一光作用層包括由透光率小于所述卡體的相互間隔的 表面元素組成的圖案，尤其為周期性圖案、非周期性圖案或光柵；所述第二光作用層包括由 透光率小于所述卡體的相互間隔的表面元素組成的圖案，尤其為周期性圖案、非周期性圖 案或光柵。
[0022] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述各圖案為一維或二維圖案。所述各一維圖案可包括多個 依次排列成圖案結(jié)構(gòu)的條形體。所述各二維圖案可包括多個區(qū)域，例如周期性排列成二維 網(wǎng)格的區(qū)域。所述各圖案可以為形成光柵的周期性圖案，也可以為例如形成非周期性二維 結(jié)構(gòu)的非周期性圖案，所述非周期性二維結(jié)構(gòu)可由點(diǎn)狀物，尤其是墨點(diǎn)構(gòu)成。
[0023] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述第一光作用層包括由相互間隔的表面元素組成的第一周 期性圖案，所述第二光作用層包括由相互間隔的表面元素組成的第二周期性圖案，所述由 相互間隔的表面元素組成的第一周期性圖案和由相互間隔的表面元素組成的第二周期性 圖案上下設(shè)置。所述相互間隔的表面元素的間距可以為波長級。
[0024] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述第一光作用層的所述相互間隔的表面元素與第二光作用 層的所述相互間隔的表面元素之間在一公差范圍內(nèi)（如表面寬度的1%、2%或5% )上下 精確設(shè)置，或所述第一周期性圖案與所述第二周期性圖案互相移位設(shè)置。
[0025] 所述相互間隔的各表面元素可具有相同尺寸或不同尺寸。此外，所述相互間隔的 各表面元素之間的距離或橫向偏移可相同或不同。相應(yīng)地，在采用周期性結(jié)構(gòu)時，所述各周 期長也可相同或不同。另外，所述相互間隔的表面元素可由點(diǎn)狀物、條形體、長方形區(qū)域、圓 形區(qū)域或橢圓形區(qū)域構(gòu)成。
[0026] 所述第一光作用層的相互間隔的表面元素可具有比所述第二光作用層的相互間 隔的表面元素更小、更大、更寬或者更窄的表面。
[0027] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述第一光作用層的相互間隔的表面元素可具有與所述第二 光作用層的相互間隔的表面元素相同或不同的尺寸。
[0028] 此外，所述第一光作用層的表面元素可延伸于所述第二光作用層的表面元素上 方。根據(jù)某些實(shí)施例，所述第一光作用層的表面元素并未被所述第二光作用層的表面元素 完全覆蓋，從而使得當(dāng)所述第一光作用層設(shè)于第二光作用層后方時，從卡體表面射向所述 第二光作用層的光至少能夠部分抵達(dá)所述第一光作用層。
[0029] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述各光作用層包括相互間隔的表面元素，所述相互間隔的 表面元素分別具有與所述波長相近的表面尺寸或厚度，或者所述各光作用層包括相互間隔 的表面元素，所述相互間隔的表面元素分別由一波長級的距離相互隔開，或者所述第一光 作用層與第二光作用層之間的距離為波長級。
[0030] 此處所述"波長級"是指一個到數(shù)個