GIST与KAIST开发出不可复制的纳米光学指纹安全技术
（自左上角起）GIST电气电子计算机工程系教授 Jeong Hyeonho、KAIST电气与电子工程系教授 Song Youngmin、GIST电气电子计算机工程系研究员 Kim Gyurin、博士 Heo Seyeon、研究员 Kim Juhwan、研究员 Lee Juhyeong、博士 Kim Doeun。
View original image光州科学技术院（GIST）22日表示，电气电子计算机工程系的 Jung Hyeonho 教授与韩国科学技术院（KAIST）电气及电子工程系的 Song Youngmin 教授联合研究团队，通过受自然启发的纳米光学技术，开发出了无法被复制的安全认证技术。
该技术可轻松嵌入身份证卡、二维码等各类实物产品中，并且用肉眼难以与现有产品区分，因此在不破坏原有设计的前提下，提供强大的防伪与防篡改功能是其一大特点。尤其可在高端消费品、医药品、电子产品等对正品认证要求极高的领域得到广泛应用。
迄今为止，为防止伪造与篡改而使用的二维码、条形码等技术，存在易被复制、难以为每件产品赋予唯一信息等局限。
作为弥补上述不足的技术，近期备受关注的是“物理不可克隆函数（PUF）”。该技术利用产品制造过程中自然产生的随机性，为每件产品的器件赋予独一无二的物理特性，从而提升安全性和认证可信度。
但现有的 PUF 技术虽然具备随机性和唯一性，却存在难以调控表面颜色、且从外部容易被识别、在安全性上较为脆弱等缺点。所谓物理不可克隆函数（PUF），是指利用工艺过程中形成的物理变化来生成唯一认证密钥的技术。由于工艺过程中的随机性不可复制，即便认证信息被窃取，攻击者也无法据此制作出用于实际认证的硬件，这是该技术的一大优势。
对此，研究团队将目光投向自然界生物中观察到的独特结构色现象。例如，蝴蝶的翅膀、鸟类的羽毛、海藻的叶片等，其纳米尺度的微细结构单元并非完全有序，也非完全无序，而是以“准有序（quasi-order）”的形式排列。这种结构在肉眼看来呈现均匀的颜色，但其内部存在微小的随机性，使其能够执行伪装、交流、躲避天敌等有利于生存的功能。
研究团队仿生这一自然原理，在金属反射镜上薄薄沉积一层介电材料（二氧化铪，HfO₂），再在其上通过静电自组装方式排列数十纳米尺度的金纳米颗粒，制备出了具有准有序结构的等离激元超表面。这种结构用肉眼观察时呈现均一的反射色，但用高倍光学显微镜观察时，各区域会出现彼此不同的随机散射图案，即所谓的“光学指纹”。
凭借这种外观相同但内部结构绝对不可复制的纳米结构，可将肉眼不可见的唯一信息进行隐藏或选择性显露，从而将其应用为高维度的安全认证器件。
研究团队还确认，利用纳米结构中生成的随机图案，可以使器件的 PUF 性能较以往进一步提升。结构本身的尺寸仅为数十微米，但承载信息的图案却是纳米级别，因此可以存储超过全球人口数量的海量信息。此外，假设黑客为破解该安全系统而任意自行制作器件，完成解码所需的时间将长于地球年龄，实际上几乎不可能实现复制。
研究团队通过将所开发的安全器件应用于医药品、半导体、二维码等领域的技术演示，验证了其在实际产业中的应用潜力。生成并分析了500个以上的 PUF 密钥后发现，比特值分布的平均值为0.501，接近理想平衡值0.5；表示不同密钥之间差异的汉明距离平均值为0.494，显示出极高的唯一性和稳定性。此外，在高温、高湿、摩擦等多种环境变化下，其散射图案仍能稳定保持，耐久性也被证实十分优异。
GIST 的 Jung Hyeonho 教授表示：“我们通过纳米技术再现了自然界中秩序与无序共存的结构，从而实现了即使外观相同，本质上也无法被复制的光学信息。该技术有望作为一种强有力的防伪手段，应用于从高端消费品到医药品正品认证乃至国家安全等多个领域。”
KAIST 的 Song Youngmin 教授强调：“现有的安全标签即便遭受细微损伤也容易发生变形，而此次开发的技术同时兼具结构稳定性与不可复制性。尤其是在可见的颜色信息与不可见的唯一密钥信息可以彼此分离这一点上，有望为安全认证提出一种全新的范式。”
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