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　　當今(jin)時(shi)代，市場化(hua)(hua)快速(su)發(fa)展、人(ren)們(men)消費水(shui)平不斷提高(gao)，假(jia)冒偽(wei)劣商品的(de)(de)(de)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)對(dui)社會經(jing)濟以及人(ren)們(men)生命財產安(an)全(quan)造成(cheng)不良影響。通(tong)過提高(gao)防偽(wei)標(biao)(biao)(biao)識(shi)的(de)(de)(de)安(an)全(quan)等(deng)級和偽(wei)造難度可以有(you)效遏制假(jia)冒商品的(de)(de)(de)傳播，傳統防偽(wei)標(biao)(biao)(biao)簽(qian)因(yin)其(qi)(qi)確定性(xing)的(de)(de)(de)構筑模(mo)(mo)式(shi)在(zai)(zai)(zai)自身(shen)安(an)全(quan)性(xing)方面存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)較大漏洞。PUF標(biao)(biao)(biao)識(shi)符因(yin)其(qi)(qi)內稟隨(sui)機(ji)(ji)屬(shu)性(xing)(intrinsic randomness)，將其(qi)(qi)用(yong)作商品的(de)(de)(de)特定“指紋”密鑰，可從根本上遏制標(biao)(biao)(biao)簽(qian)被(bei)偽(wei)造的(de)(de)(de)可能。盡管當前基(ji)于PUF的(de)(de)(de)標(biao)(biao)(biao)識(shi)符已在(zai)(zai)(zai)諸如隨(sui)機(ji)(ji)褶皺(zhou)、隨(sui)機(ji)(ji)SERS信號、無規(gui)液(ye)滴(di)圖案(an)等(deng)技術(shu)方案(an)中被(bei)實現，然而，報(bao)道結果基(ji)本停留在(zai)(zai)(zai)概念(nian)論(lun)證階(jie)段(duan)，同時(shi)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)低穩(wen)定性(xing)、不易讀(du)取、不易定位等(deng)技術(shu)和實用(yong)難題。如何滿足規(gui)模(mo)(mo)化(hua)(hua)、低成(cheng)本、高(gao)穩(wen)定、高(gao)效驗證的(de)(de)(de)實用(yong)化(hua)(hua)需求，制備出高(gao)安(an)全(quan)性(xing)的(de)(de)(de)PUF防偽(wei)標(biao)(biao)(biao)簽(qian)并開發(fa)相適應(ying)的(de)(de)(de)可靠(kao)識(shi)別系(xi)統仍存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)挑戰。

　　本(ben)項工作中(zhong)，謝勇等人開(kai)發了一種由隨機分(fen)形網絡標識(shi)(shi)符(fu)和(he)深度(du)學習識(shi)(shi)別驗證模型組(zu)成的(de)(de)新型PUF防偽系統，利用金屬薄(bo)膜高溫脫滲原理(li)獲(huo)得(de)隨機分(fen)形金網絡結構(gou)作為PUF防偽標識(shi)(shi)符(fu)的(de)(de)基本(ben)單元，通過調控薄(bo)膜厚度(du)可(ke)(ke)實現標識(shi)(shi)符(fu)編(bian)碼容量的(de)(de)靈活可(ke)(ke)配(pei)置(編(bian)碼值可(ke)(ke)達10348)，同時繼承了惰性(xing)金屬極高的(de)(de)環境(jing)穩定性(xing)和(he)耐用性(xing)。經過表面粗糙(cao)化處理(li)后的(de)(de)金網絡結構(gou)，可(ke)(ke)進(jin)一步獲(huo)得(de)與(yu)物理(li)特征信(xin)息相疊加的(de)(de)表面等離(li)子增(zeng)強(qiang)拉曼光譜(pu)信(xin)息，作為標識(shi)(shi)符(fu)的(de)(de)二級安(an)全“指紋”密(mi)鑰，增(zeng)強(qiang)了設計PUF標識(shi)(shi)符(fu)的(de)(de)信(xin)息存儲能力和(he)防克隆能力。

PUF的制作(zuo)流程、光學表(biao)征及類“凱西樹”分形結構模型

　　借助高通量(liang)的(de)(de)(de)圖(tu)案(an)化(hua)光刻(鏤空模(mo)板)、薄膜沉積以及一步(bu)(bu)熱(re)退火技(ji)術(shu)，可(ke)實現晶圓級(ji)PUF單元(yuan)制作(zuo)，體現了(le)(le)(le)批(pi)量(liang)化(hua)、低(di)成本(單個(ge)標簽(qian)成本不(bu)到1美分)的(de)(de)(de)制作(zuo)特點。為了(le)(le)(le)應用(yong)到實際防偽場景，作(zuo)者進(jin)一步(bu)(bu)開(kai)發了(le)(le)(le)一種(zhong)基于深度(du)學習算法的(de)(de)(de)圖(tu)像PUF識(shi)別驗證系統，借助ResNet50分類神經網絡模(mo)型對37000個(ge)PUF標識(shi)符(10348)實現了(le)(le)(le)可(ke)溯源、快速(6.36s)、高精度(du)(0%假陽性)的(de)(de)(de)驗證，并提出了(le)(le)(le)一種(zhong)動態數(shu)據(ju)庫(ku)(ku)策略，賦予深度(du)學習模(mo)型極高的(de)(de)(de)數(shu)據(ju)庫(ku)(ku)擴(kuo)容能力，理論上打破了(le)(le)(le)龐(pang)大數(shu)據(ju)庫(ku)(ku)的(de)(de)(de)建立與(yu)低(di)訓練時間成本難以兼容的(de)(de)(de)技(ji)術(shu)瓶頸。

深度(du)學習識別驗證(zheng)系統的建立及擴容、解(jie)碼(ma)性能(neng)展示

　　此外(wai)，研究成果所介紹的(de)PUF制作(zuo)流程與(yu)微(wei)電子(zi)工藝流程高度兼(jian)容，有望與(yu)精密(mi)元器件(jian)直接集成并完成其真(zhen)偽驗證，從(cong)(cong)而(er)將適用場景從(cong)(cong)高貨值商品拓(tuo)寬(kuan)至集成電路領(ling)域。本項工作(zuo)從(cong)(cong)分形理(li)論(lun)的(de)物理(li)學(xue)原理(li)出發(fa)，與(yu)材料和計(ji)算機(ji)領(ling)域多學(xue)科(ke)交(jiao)叉(cha)，完成從(cong)(cong)理(li)論(lun)設計(ji)、材料制備(bei)、算法開發(fa)到(dao)場景應用的(de)全鏈條研發(fa)，所得(de)PUF系統具有產品轉(zhuan)化應用潛力，可為下一代PUF防偽技術(shu)(shu)的(de)發(fa)展和普及(ji)助(zhu)力。本項工作(zuo)的(de)相關技術(shu)(shu)已申請(qing)中國發(fa)明專利(li)并授權(quan)(ZL202210476096.3)。

　　該(gai)研究工(gong)作得到了國家(jia)自(zi)然(ran)科(ke)學基(ji)金面上項(xiang)目(mu)、北(bei)京市自(zi)然(ran)科(ke)學基(ji)金面上項(xiang)目(mu)和(he)北(bei)航(hang)雙一流建設經費等的支持。

　　文(wen)章鏈接及信息(xi)：

　　//doi.org/10.1038/s41467-023-37588-5.Nat. Commun. 14, 2185 (2023).