Kürzlich hat das Forschungsteam um den Forscher Shao Yuchuan vom Shanghai Institute of Optical Precision Machinery der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ein neues Schema vorgeschlagen, um den photothermischen Effekt von Goldnanopartikeln zur Herstellung optischer PUFs zu nutzen. Die entsprechenden Forschungsergebnisse werden unter dem Titel „Physikalische nicht klonbare Funktionen basierend auf dem photothermischen Effekt von Goldnanopartikeln“ zusammengefasst. Die Forschungsergebnisse wurden in ACS Applied Materials & Interfaces unter dem Titel „Photothermischer Effekt von Goldnanopartikeln“ veröffentlicht.
Derzeit können gängige Sicherheitsetiketten aufgrund ihres festgelegten Produktionsprozesses leicht nachgeahmt werden. Physical Unclonable Functions (PUFs) nutzen die unkontrollierbare Herstellungsabweichung von Materialien während des Herstellungsprozesses, wodurch einzigartige und nicht wiederholbare Antwortsignale als fälschungssichere Codes erzeugt werden können. So wie es auf der Welt keine zwei identischen Blätter gibt, kann auch ein Hersteller keine zwei identischen PUFs herstellen. Obwohl optische PUFs aufgrund ihrer hohen Kodierungskapazität und ihres hohen Antwortkontrasts viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen haben, stehen sie immer noch vor vielen Herausforderungen: Die Antwortsignale von streuenden PUFs sind instabil, die Lebensdauer fluoreszierender PUFs ist durch Fluoreszenzbleiche gefährdet und das Authentifizierungssystem von Raman-PUFs ist kompliziert und erfordert teure Spektraldekodiergeräte. Die nächste Generation optischer PUFs wird Immuno-Immunpräzipitation erfordern. Optische PUFs der nächsten Generation benötigen die Fähigkeit zur Immunfluoreszenz und Raman-Anregung, wodurch der Einfluss der eigenen Defekte des Materials auf die Sicherheitsleistung optischer PUFs grundsätzlich eliminiert wird.
Die Forscher schlagen ein neues Schema zur Herstellung optischer PUFs unter Ausnutzung des photothermischen Effekts von Nanogold vor. Das Schema beginnt mit der Optimierung der Oberflächendichte und Reaktionsintensität von Oberflächendefekten in Quarzglas und verwendet Goldnanopartikel mit offensichtlichem photothermischen Effekt, um die Oberflächendefekte zu ersetzen und Reaktionssignale mit ausreichend hohem Reaktionskontrast zu erzeugen. Die optimale Oberflächendichte der Goldnanopartikel wurde durch Optimierung des Herstellungsprozesses erreicht, um die Kodierungsfähigkeit des PUF zu maximieren. Der hergestellte optische PUF erfüllt nicht nur die PUF-Leistungsanforderungen wie Einzigartigkeit, Zuverlässigkeit und Bit-Einheitlichkeit, sondern sein geheimer Kodierungsschlüssel besteht auch den Zufallszahlentest des NIST, um seine Zufälligkeit zu bestätigen. Diese Arbeit liefert starke Unterstützung für die Realisierung der Anwendung des photothermischen Effekts auf optische PUF.
Abb. 1 Schematische Darstellung der optischen PUF basierend auf den photothermischen Eigenschaften von Nanogold
