本發(fā)明涉及一種身份認(rèn)證系統(tǒng)，主要設(shè)計(jì)一種小型化的量子認(rèn)證系統(tǒng)，屬于安全認(rèn)證技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

量子認(rèn)證是近些年提出的一種全新的安全認(rèn)證技術(shù)。其利用物理不可克隆函數(shù)（physicalunclonablefunction，puf）實(shí)體作為鑰匙，利用量子態(tài)的激勵(lì)-響應(yīng)對作為密碼，由量子不可克隆定理和物理不可克隆函數(shù)雙重保障，可從物理原理上確保身份信息不被克隆和冒用，具有“絕對”的安全性。即便采用量子計(jì)算機(jī)也無法對其進(jìn)行破解?；谖锢聿豢煽寺『瘮?shù)（puf）制備的安全認(rèn)證系統(tǒng)具有極好的應(yīng)用前景,有望對身份認(rèn)證、識別和加密領(lǐng)域產(chǎn)生革命性影響。

當(dāng)前報(bào)道的量子認(rèn)證系統(tǒng)都是采用光學(xué)元器件在實(shí)驗(yàn)室光學(xué)平臺上搭建的復(fù)雜光路系統(tǒng)。既使用無序介質(zhì)制備光學(xué)puf鑰匙以及使用經(jīng)典激光作為激勵(lì)光源構(gòu)建安全認(rèn)證系統(tǒng)后，sebastianusa.goorden等人提出的使用無序介質(zhì)制備的光學(xué)puf鑰匙和量子光構(gòu)建量子認(rèn)證系統(tǒng)，后期又有公開日為2016年4月20日，公開號為cn105515779a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種基于光學(xué)puf的量子安全認(rèn)證系統(tǒng)，這些量子認(rèn)證系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)使認(rèn)證系統(tǒng)更容易工程實(shí)現(xiàn)，以及成本更低。

然而，這些量子認(rèn)證系統(tǒng)的體積都非常龐大，限制了它們的實(shí)用化。因此，設(shè)計(jì)一種具有較小體積的量子認(rèn)證系統(tǒng)對量子認(rèn)證的實(shí)用化是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服量子認(rèn)證系統(tǒng)體積龐大，不能實(shí)用化的不足，本發(fā)明提供一種小型化的量子認(rèn)證系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以采用商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的器件產(chǎn)品，還可以降低系統(tǒng)的成本。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種小型化的量子認(rèn)證系統(tǒng)，其特征在于：將量子認(rèn)證光路在三維方向上折疊并采用籠式光路系統(tǒng)，減小光路體積；整體從上往下分為第零層、第一層、第二層、第三層，共四層，其中：

第零層，用于放置puf鑰匙；

第一層，用于放置產(chǎn)生單光子光束并對單光子光束波前進(jìn)行調(diào)制的光路，對puf鑰匙進(jìn)行照明的光路；

第二層，用于放置對puf鑰匙成像的光路和認(rèn)證的解調(diào)光路；

第三層，用于放置激光的電源以及空間光調(diào)制器的控制電路。

所述第零層設(shè)置有一個(gè)電控二維平移臺，電控二維平移臺上放置puf鑰匙，puf鑰匙正下方對應(yīng)的第零層底部開設(shè)有出光口。

所述第一層中，按照激光的傳輸方向依次放入激光頭、反射鏡i、物鏡、透鏡i、衰減片組、的分光棱鏡i；激光經(jīng)過分光棱鏡i的透射方向上設(shè)置有反射型空間光調(diào)制器；激光經(jīng)過分光棱鏡i反射后的方向放置有透鏡ii和發(fā)光二極管，發(fā)光二極管位于透鏡ii的焦點(diǎn)上；與透鏡ii和發(fā)光二極管相對的分光棱鏡i的另一側(cè)設(shè)置有分光棱鏡ii，分光棱鏡ii位于第零層的出光口的正下方，分光棱鏡ii與第零層的出光口之間設(shè)置有透鏡iv，透鏡iv的焦點(diǎn)處設(shè)置puf鑰匙，puf鑰匙位于第零層上端；在激光頭的旁邊設(shè)置反射型空間光調(diào)制器的控制盒。其中，分光棱鏡i和分光棱鏡ii均為1：1分光棱鏡。

所述第二層中按照光的傳輸方向依次放置反射鏡ii、二向色鏡，二向色鏡的光反射方向上依次設(shè)置有透鏡iii和ccd相機(jī)，ccd相機(jī)位于透鏡iii的焦點(diǎn)處，透鏡iii的焦點(diǎn)和透鏡iv的焦點(diǎn)重合組成4f系統(tǒng)；二向色鏡透射方向上依次放置透射型空間光調(diào)制器、針孔、窄帶帶通濾光片和光子計(jì)數(shù)器；二向色鏡對發(fā)光二極管發(fā)出的光反射，對激光頭發(fā)出的光透射。

所述第三層中放置用于供第一層激光使用的電源以及用于第二層使用的透射型空間光調(diào)制器的控制盒。

上述量子認(rèn)證系統(tǒng)，利用雙通道窄帶帶通濾光片對環(huán)境光進(jìn)行濾波，降低環(huán)境光對認(rèn)證過程的影響，使量子認(rèn)證系統(tǒng)不必限制于在暗室中使用。

上述量子認(rèn)證系統(tǒng)，采用發(fā)光二極管對puf鑰匙照明，利用4f成像透鏡系統(tǒng)對puf鑰匙成像，利用ccd相機(jī)采集圖像，根據(jù)ccd相機(jī)圖像利用定位程序控制二維移動(dòng)平移臺對puf鑰匙進(jìn)行精確定位。

上述量子認(rèn)證系統(tǒng)，可以利用電腦或控制器控制光路在成像光路與注冊認(rèn)證光路之間轉(zhuǎn)換。

所述量子認(rèn)證系統(tǒng)具體實(shí)施時(shí)，包括注冊和認(rèn)證兩個(gè)過程。

（1）在注冊和認(rèn)證的兩個(gè)實(shí)施過程中，初始都需要先對puf鑰匙進(jìn)行定位，其定位的詳細(xì)過程為：

首先，激光處于關(guān)閉狀態(tài)，打開發(fā)光二極管，打開ccd相機(jī)，發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)透鏡ii變換為平行光，平行光穿過分光棱鏡i后分成兩束光，其中一束光經(jīng)過分光棱鏡ii向上反射并經(jīng)透鏡iv和雙通道窄帶帶通濾光片后照射到puf鑰匙上；

被puf鑰匙散射的光通過雙通道窄帶帶通濾光片和透鏡iv以及分光棱鏡ii后到達(dá)第二層，在第二層被反射鏡ii反射后通過二向色鏡和透鏡iii后在ccd相機(jī)上成像，通過控制電控二維移動(dòng)平移臺的移動(dòng)使puf鑰匙上的標(biāo)記位置的在ccd相機(jī)上的像出現(xiàn)在指定位置，這樣就完成了puf鑰匙的定位過程；

定位完成后關(guān)閉發(fā)光二極管和ccd相機(jī)。

（2）對puf鑰匙定位后，進(jìn)行注冊過程為：

打開激光，此時(shí)，發(fā)光二極管處于關(guān)閉狀態(tài)，激光頭發(fā)出的高頻脈沖光被反射鏡i反射后被物鏡和透鏡i擴(kuò)束，然后被衰減片組衰減后照射到反射型空間光調(diào)制器上，反射型空間光調(diào)制器對光進(jìn)行編碼后反射到分光棱鏡i上，通過分光棱鏡i和分光棱鏡ii的反射后通過透鏡iv和雙通道窄帶帶通濾光片后照射到puf鑰匙上；

puf鑰匙的背散射光通過雙通道窄帶帶通濾光片和透鏡iv以及分光棱鏡ii后進(jìn)入第二層，在第二層被反射鏡ii反射，然后通過二向色鏡、透射型空間光調(diào)制器、針孔和窄帶帶通濾光片后進(jìn)入光子計(jì)數(shù)器；

透射型空間光調(diào)制器將散射光重新聚焦到針孔上，使散射光都通過針孔被光子計(jì)數(shù)器記錄，反射型空間光調(diào)制器對光的編碼信息和透射型空間光調(diào)制器使散射光重新聚焦的解調(diào)信息可以匹配為編碼-解調(diào)信息對，儲存所述編碼-解調(diào)信息對，從而完成對puf鑰匙的注冊過程。

（3）對puf鑰匙定位后，進(jìn)行認(rèn)證過程為：

打開激光，此時(shí)，發(fā)光二極管處于關(guān)閉狀態(tài)，激光發(fā)出的高頻脈沖光被反射鏡i反射后被物鏡和透鏡i擴(kuò)束，然后被衰減片組衰減后照射到反射型空間光調(diào)制器上，反射型空間光調(diào)制器在儲存的編碼-解調(diào)信息對中選取編碼信息對光進(jìn)行編碼，經(jīng)過編碼的光被反射后依次通過分光棱鏡i、分光棱鏡ii、透鏡iv、雙通道窄帶帶通濾光片后照射到puf鑰匙上；

puf鑰匙的背散射光通過雙通道窄帶帶通濾光片和透鏡iv以及分光棱鏡ii后進(jìn)入第二層，在第二層被反射鏡ii反射，然后通過二向色鏡、透射型空間光調(diào)制器、針孔和窄帶帶通濾光片后進(jìn)入光子計(jì)數(shù)器；

透射型空間光調(diào)制器選取和反射型空間光調(diào)制器匹配的編碼-解調(diào)信息對中的解調(diào)碼：如果puf鑰匙是注冊的鑰匙，那么解調(diào)后的光能夠被聚焦后完全通過針孔被光子計(jì)數(shù)器記錄；如果puf鑰匙不是注冊的鑰匙，那么選取的解調(diào)碼不能將散射光重新聚焦并完全通過針孔被光子計(jì)數(shù)器記錄；從而完成puf鑰匙的認(rèn)證過程。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明可以極大的減小量子認(rèn)證的體積，方便攜帶；同時(shí)，降低了環(huán)境光的影響，樣品不必放置于暗室中，實(shí)用性更強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖2為本發(fā)明中第一層結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖3為本發(fā)明中第二層結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖4為本發(fā)明中第三層結(jié)構(gòu)的俯視圖。

其中，附圖標(biāo)記為：1為激光頭，2為反射鏡i，3為物鏡，4為透鏡i，5為衰減片組，6為分光棱鏡i，7為透鏡ii，8為發(fā)光二極管，9為反射型空間光調(diào)制器，10為分光棱鏡ii，11為反射型空間光調(diào)制器，12為反射鏡ii，13為二向色鏡，14為透射型空間光調(diào)制器，15為針孔，16為光子計(jì)數(shù)器，17為透鏡iii，18為ccd相機(jī)，19為供第一層激光使用的電源，20為透射型空間光調(diào)制器的控制盒，21為透鏡iv，22為電控二維平移臺，23為puf鑰匙，24為窄帶帶通濾光片，25為雙通道窄帶帶通濾光片。

具體實(shí)施方式

如圖1-4所示，一種小型化的量子認(rèn)證系統(tǒng)，將量子認(rèn)證光路在三維方向上折疊并采用籠式光路系統(tǒng)，減小光路體積；整體從上往下分為第零層、第一層、第二層、第三層，共四層，其中：

第零層，用于放置puf鑰匙23；

第一層，用于放置產(chǎn)生單光子光束并對單光子光束波前進(jìn)行調(diào)制的光路，對puf鑰匙23進(jìn)行照明的光路；

第二層，用于放置對puf鑰匙23成像的光路和認(rèn)證的解調(diào)光路；

第三層，用于放置激光的電源19以及透射型空間光調(diào)制器14的控制電路。

所述第零層設(shè)置有一個(gè)電控二維平移臺22，電控二維平移臺22上放置puf鑰匙23，puf鑰匙23正下方對應(yīng)的第零層底部開設(shè)有出光口，出光口上鑲嵌有雙通道窄帶帶通濾光片25。

所述第一層中，按照激光的傳輸方向依次放入激光頭1、反射鏡i2、物鏡3、透鏡i4、衰減片組5、1：1的分光棱鏡i6、反射型空間光調(diào)制器9、分光棱鏡ii10；在分光棱鏡i6的一側(cè)依次設(shè)置有透鏡ii7和一個(gè)發(fā)光二極管8，發(fā)光二極管8位于透鏡ii7的焦點(diǎn)上，在該分光棱鏡i6的正上方放置一個(gè)透鏡ii10，該透鏡ii10位于第零層的出光口的正下方，該透鏡ii10的焦點(diǎn)處放置puf鑰匙23；在激光頭1的旁邊設(shè)置反射型空間光調(diào)制器9的控制盒11。第一層的尺寸為23*22*5cm。

所述第二層中按照光的傳輸方向依次放置反射鏡ii12、二向色鏡13，二向色鏡13的光反射方向側(cè)面依次設(shè)置有透鏡iii17和ccd相機(jī)18，ccd相機(jī)18位于該透鏡iii17的焦點(diǎn)處；二向色鏡13的透射方向側(cè)面依次放置透射型空間光調(diào)制器14、針孔15、窄帶帶通濾光片24和光子計(jì)數(shù)器16。第二層尺寸為23*22*4cm。

第三層中放置用于供第一層激光使用的電源19以及用于第二層使用的透射型空間光調(diào)制器14的控制盒20。第三層尺寸為23*22*3.5cm。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的量子認(rèn)證系統(tǒng)，在工作時(shí)包括注冊和認(rèn)證兩個(gè)實(shí)施過程。

（1）在兩個(gè)過程實(shí)施開始都需要先對puf鑰匙23進(jìn)行定位，其定位的詳細(xì)過程為：關(guān)閉激光1，打開發(fā)光二極管8，打開ccd相機(jī)18，發(fā)光二極管8發(fā)出的光經(jīng)透鏡ii7變換為平行光，穿過分光棱鏡i6后被分光棱鏡ii10向上反射并經(jīng)透鏡21和雙通道窄帶帶通濾光片25后照射到puf鑰匙23上，被puf鑰匙23散射的光通過雙通道窄帶濾光片25和透鏡21以及分光棱鏡ii10后到達(dá)第二層，在第二層被反射鏡ii12反射后通過二向色鏡13和透鏡iii17后在ccd相機(jī)18上成像，通過軟件控制電控二維平移臺22的移動(dòng)使puf鑰匙23上的標(biāo)記位置的在ccd相機(jī)18上的像出現(xiàn)在指定位置。這樣就完成了puf鑰匙23的定位過程。定位完成后關(guān)閉發(fā)光二極管8和ccd相機(jī)18。

（2）對puf鑰匙23定位后就可以進(jìn)行注冊和認(rèn)證過程了，注冊過程為：關(guān)閉發(fā)光二極管8，打開激光1，激光1發(fā)出的高頻脈沖光被反射鏡i2反射后被物鏡3和透鏡i4擴(kuò)束，然后被衰減片組5衰減后照射到反射型空間光調(diào)制器9上，反射型空間光調(diào)制器9對光進(jìn)行編碼后反射，通過分光棱鏡i6和分光棱鏡ii10的反射后通過透鏡21和窄帶帶通雙通道濾光片25后照射到puf鑰匙上，puf鑰匙的背散射光通過雙通道窄帶帶通濾光片25、透鏡iv21以及分光棱鏡ii10后進(jìn)入第二層，在第二層被反射鏡ii12反射，然后通過二向色鏡13、透射型空間光調(diào)制器14、針孔15和窄帶帶通濾光片24后進(jìn)入光子計(jì)數(shù)器16。透射型空間光調(diào)制器14可以將散射光重新聚焦到針孔15上，使散射光都通過針孔15被光子計(jì)數(shù)器16記錄，反射型空間光調(diào)制器9對光的編碼信息和透射型空間光調(diào)制器14使散射光重新聚焦的解調(diào)信息可以匹配為編碼-解調(diào)信息對，儲存這些信息對，這樣就完成了對puf鑰匙23的注冊過程。

（3）認(rèn)證時(shí)也是先進(jìn)行puf鑰匙的定位，定位過程和前面的描述一致，定位后進(jìn)行認(rèn)證過程，認(rèn)證過程為：打開激光1，激光1發(fā)出的高頻脈沖光被反射鏡2反射后被物鏡3和透鏡i4擴(kuò)束，然后被衰減片組5衰減后照射到反射型空間光調(diào)制器9上，反射型空間光調(diào)制器9在儲存的編碼-解調(diào)信息對中選取編碼信息對光進(jìn)行編碼，然后被反射通過分光棱鏡i6，再分光棱鏡ii10的反射后通過透鏡iv21和雙通道窄帶帶通濾光片25后照射到樣品上，puf鑰匙23的背散射光通過雙通道窄帶帶通濾光片25和透鏡iv21以及分光棱鏡ii10后進(jìn)入第二層，在第二層被反射鏡ii12反射，然后通過二向色鏡13和透射型空間光調(diào)制器14以及針孔15和窄帶帶通濾光片24后進(jìn)入光子計(jì)數(shù)器16。透射型空間光調(diào)制器14選取和反射型空間光調(diào)制器9匹配的編碼-解調(diào)信息對中的解調(diào)碼，如果puf鑰匙是注冊的鑰匙，那么解調(diào)后的光能夠被聚焦后完全通過針孔15被光子計(jì)數(shù)器16記錄，如果puf鑰匙不是注冊的鑰匙，那么選取的解調(diào)碼不能將散射光重新聚焦并完全通過針孔15被光子計(jì)數(shù)器16記錄。這就是puf鑰匙的認(rèn)證過程。