Die Konvergenz von digitaler Technologie und Internet hat zur Entstehung komplexer digitaler Netzwerke geführt, die allgegenwärtige elektronische Geräte wie Mobiltelefone und intelligente Haushaltsgeräte nutzen. Dadurch können wir mithilfe von Technologien wie dem Internet der Dinge (IoT), Big Data und Cloud Computing von überall auf Informationen zugreifen und diese austauschen.
Allerdings ist diese IT-Umgebung anfällig für Sicherheitsverstöße wie den Verlust persönlicher Daten und Cyberangriffe. Daher ist es notwendig, ein starkes und sicheres Sicherheitssystem aufzubauen. Darüber hinaus erfordern Sicherheitsprobleme im Zusammenhang mit der herkömmlichen softwarebasierten digitalen Verschlüsselung eine sicherere und nicht klonbare hardwarebasierte Sicherheit.
In einem neuen Artikel veröffentlicht in Licht: Wissenschaft und Anwendungenhat ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Prof. Jun-Hee Na von der Soft Matter & Device Research Group an der Chungnam National University, Korea, eine optisch-physikalische nicht klonbare Funktion (PUF) mit zufälliger Faltenstruktur entwickelt.
PUF (Physical Unclonable Function) ist eine Technologie mit einzigartigem Wert, wie der Fingerabdruck oder die Iris einer Person. Dieses System erzeugt zufällige digitale Werte, die schwer vorherzusagen sind, indem es Merkmale nutzt, die durch Prozessabweichungen in den Halbleiterprozesseigenschaften entstehen.
Kürzlich wurde in der Forschung über die Entwicklung optischer PUFs unter Verwendung chemischer und materieller Technologien wie lumineszierender Nano-/Mikropartikel berichtet, um optische Signale zu erzeugen und Transmission, Reflexion und gebeugtes Licht durch Oberflächenmikrostrukturen und optisch anisotrope Materialien zu nutzen.
Diese Studie stellt einen dreidimensionalen PUF vor, der auf einer einzigartigen doppelbrechenden Faltenstruktur basiert. Reaktive Mesogene (RMs) sind optisch anisotrope Medien, die durch Photopolymerisation durch einen Reaktor Polymernetzwerke mit einheitlicher Ausrichtung erzeugen können, was sie für verschiedene optische Anwendungen nützlich macht.
Diese Gruppe erreicht die höchst zufällige Natur nicht ausgerichteter Falten in optischen PUF-Anwendungen, die durch Beugung durch die doppelbrechenden Eigenschaften von RMs unnachahmliche Muster erzeugen können. Sie demonstrieren die Verwendung des durch die Zufallsfalten-PUF (rw-PUF) erzeugten Doppelbrechungsmusters als hochsicheren Authentifizierungsschlüssel. Das rw-PUF hat Anwendungspotenzial, das über Authentifizierungssysteme hinausgeht, einschließlich Technologien zur Fälschungssicherheit und Datenspeicherung.
Dieser rw-PUF kann in drei Dimensionen entlang der optischen Achse voxelisiert werden. Indem wir die doppelbrechenden Eigenschaften von Flüssigkristallen nutzen, können wir erkennen, dass der erzielbare Code je nach Winkel des gekreuzten Polarisators variiert. Wenn diese Codes gestapelt werden, entsteht ein dreidimensionaler Zufallswürfel.
Dieses Forschungsteam stellt zwei Authentifizierungsanwendungen vor, die diesen dreidimensionalen Würfel verwenden. Erstens kann ein Tetraeder gebildet werden, indem vier beliebige Koordinaten der dreidimensionalen Würfeldaten festgelegt werden. Dieses Tetraeder kann als „dreidimensionales Passwort“ wie ein Puzzle verwendet werden. Zweitens hat ein Tetraeder vier Flächen. Die von den vier Seiten gespeicherten Binärdaten können durch „kontinuierliche Authentifizierung“ in einen eindimensionalen Code umgewandelt und in einem Sicherheitssystem verwendet werden.
Die vorgeschlagene Authentifizierungsmethode weist ein breites Anwendungsspektrum auf und deckt sichere Kommunikation, Maßnahmen zur Fälschungsbekämpfung, Zugangskontrollsysteme usw. ab.
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Kitae Kim et al., Voxelierte opto-physikalisch nicht klonbare Funktionen über irreparable Falten, Licht: Wissenschaft und Anwendungen (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01285-1