物理不可克隆函数是单向数学变换的物理等效，使用无序的物理对象或随机过程，在外部激励下产生不可预知的输出。它们固有的物理复杂性使它们超越对应的数学方法，对克隆和逆向工程具有更好的弹性。当这些特征与它们的时不变和确定性操作相结合时，可以缓解以非易失性方式存储响应（密钥）的必要性。这一重要功能使其成为各种密码认证应用的关键组件。

图1 （a）实验方案设置框图 （b）密钥产生步骤 （c）密钥认证

近日，希腊Eulambia公司和雅典大学的研究学者在实验和数值模拟上验证了基于单个光波导的物理不可克隆函数。这种系统的响应包括源自多个导向横模的模式混合和散射事件产生的散斑样图像。他们提出的方案使得系统的响应能够被多个物理置乱机制同时支配，包括灵敏的多模干涉机理和光纤内传播损伤，因此与传统的光学实现相比，在物理不可克隆性方面有了本质上的性能增强。此外，这种系统方案的物理可重构性，使其更适合要求苛刻的认证应用程序。

图2 （a）用于测试光纤变形敏感性的实验装置示意图 （b）实验装置实物图 （c）连续图像的互相关系数与光纤变形关系（d）相同机械变形情况下产生码字的汉宁距离

在物理安全性方面，即使考虑最坏的情况：一个蓄谋已久的厂商也很难复制涉及两个端面和几厘米长的波导的精确结构。制造商将不得不被迫监测波导内部光学模式的精确分布，即使采用复杂的高成本非侵入技术，如近场扫描显微镜以及光子调制光谱，也很难实现复制。此外，在光纤表面的一个抑制或者吸收涂层，就能修改物理不可克隆函数的样本，轻易的防止复制攻击。即使制造商知道了精确的结构，光纤中的折射率变化、裂纹、气泡、弯曲等对复制施加了一个更为严格的限制。出了物理上的不易复制以外，光纤对扰动的敏感性还可以使系统具有抗重构和篡改，这意味着控制张力将改变光纤的模态间功率分布。这点非常重要：可以通过刷新刺激-响应来增加物理不可克隆函数的可用性；如果攻击者试图在物理上危害设备，将改变物理系统的传递函数，从而根除对存储信息的访问。

原文链接： https://www.nature.com/articles/s41598-018-28008-6

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