近日，鄭州大學(xué)物理學(xué)院在含時(shí)物理不可克隆函數(shù)的構(gòu)建及其在防偽加密領(lǐng)域的應(yīng)用研究方面取得積極進(jìn)展，相關(guān)成果為動(dòng)態(tài)信息安全與防偽技術(shù)提供了新思路。

物理不可克隆函數(shù)（PUF）因其具備獨(dú)一無(wú)二的隨機(jī)結(jié)構(gòu)單元，在防偽加密領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)PUF多依賴(lài)空間維度上的靜態(tài)結(jié)構(gòu)差異生成密鑰，存在編碼容量和防偽復(fù)雜性的局限，難以應(yīng)對(duì)日益先進(jìn)的攻擊手段。因此，開(kāi)發(fā)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的新型PUF系統(tǒng)成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

研究團(tuán)隊(duì)受量子力學(xué)中“波函數(shù)隨時(shí)間演化”的啟發(fā)，創(chuàng)新性地利用具有長(zhǎng)壽命三重態(tài)激子的碳點(diǎn)（CDs）構(gòu)建了含時(shí)物理不可克隆函數(shù)（TD-PUF）。該TD-PUF可隨時(shí)間動(dòng)態(tài)演化，生成多個(gè)不可復(fù)制的密鑰模式，顯著提升了系統(tǒng)的復(fù)雜性和防偽能力。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出像素矩陣函數(shù)（PMF），以數(shù)學(xué)模型刻畫(huà)PUF在時(shí)空維度的動(dòng)態(tài)行為，使其編碼容量提升五個(gè)數(shù)量級(jí)。

研究人員還利用碳點(diǎn)材料制作了一幅30×40 cm2的“動(dòng)態(tài)防偽孔雀畫(huà)”，該畫(huà)作的結(jié)構(gòu)與色彩隨時(shí)間發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化，兼具藝術(shù)價(jià)值與防偽功能。該項(xiàng)研究突破了傳統(tǒng)PUF在空間維度上的限制，首次將時(shí)間維度引入防偽加密系統(tǒng)，為下一代動(dòng)態(tài)信息安全技術(shù)奠定了材料與理論基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以“Time-dependent physical unclonable functions by long-lived triplet excitons in carbon dots”為題發(fā)表在國(guó)際知名光學(xué)期刊《Light: Science & Applications》上。其中，博士研究生胡宴偉為論文第一作者，博士研究生曹慶為共同第一作者，單崇新教授和劉凱凱教授為通訊作者，鄭州大學(xué)物理學(xué)院為第一通訊單位。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金和河南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41377-025-01940-9

基于具有三重態(tài)激子的碳點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)含時(shí)物理不可克隆函數(shù)示意圖