近日，杭州研究院先進(jìn)視覺研究所石理平教授團(tuán)隊(duì)與上海冠眾光學(xué)科技有限公司合作，提出了一種基于飛秒激光誘導(dǎo)的物理不可克隆納米紋理，并將其應(yīng)用于高安全等級(jí)身份證卡防偽。研究成果以《Femtosecond laser-induced recrystallized nanotexturing for identity document security with physical unclonable functions》為題，在國(guó)際頂尖期刊《Advanced Science》上發(fā)表。本研究結(jié)合飛秒激光與人工智能的雙重技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為下一代國(guó)家級(jí)身份證卡安全提供有力防偽屏障，進(jìn)一步推動(dòng)飛秒激光技術(shù)在身份安全領(lǐng)域的發(fā)展。

當(dāng)前，偽造身份證、護(hù)照等高價(jià)值身份識(shí)別證件，成為個(gè)人信息安全乃至國(guó)家安全面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這一風(fēng)險(xiǎn)，傳統(tǒng)的防偽技術(shù)構(gòu)建起了復(fù)雜的“制證工藝長(zhǎng)城”，意在打造工藝壁壘，提高仿造的技術(shù)難度和成本。然而，這一方法存在一個(gè)致命缺陷：證件本身沒有獨(dú)一無二的物理防偽標(biāo)識(shí)，缺少“證卡載體”與“識(shí)別個(gè)人”之間的唯一性綁定防偽元素。一旦關(guān)鍵工藝被破解，證件即可輕松復(fù)制，帶來難以估量的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1：飛秒光場(chǎng)空間整形打印。

針對(duì)防偽領(lǐng)域的這一問題，物理不可克�。≒UF，Physical Unclonable Function）技術(shù)出現(xiàn)，成為極具潛力的解決方案。這項(xiàng)技術(shù)能夠?yàn)槊總�(gè)證卡打造專屬的“生物指紋”，在物理層面上實(shí)現(xiàn)了真正的不可復(fù)制性。但是，目前大部分PUF標(biāo)簽仍通過緩慢的化學(xué)合成實(shí)現(xiàn)，存在性質(zhì)不穩(wěn)定、制造效率低等問題，難以進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)。

為解決影響PUF實(shí)際應(yīng)用中的瓶頸問題，石理平教授研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新利用飛秒激光技術(shù)，在硅與金屬多層納米膜前驅(qū)體上激發(fā)表面等離子體波的干涉效應(yīng)，生成獨(dú)特的PUF納米紋理。該納米紋理在飛秒激光照射的0.1s內(nèi)即可形成，無需依賴緩慢化學(xué)反應(yīng)過程，也不使用有毒有害原料，微觀防偽圖案得以高質(zhì)量、快速打印，顯著提升生產(chǎn)效率。

圖2：具有PUF防偽圖案的模擬身份證卡。

此外，飛秒激光“冷加工”的特性，使其能夠兼容常用的聚合物證卡材料�？紤]到身份證卡的使用場(chǎng)景及用戶心理，PUF納米紋理的防偽圖案在宏觀上呈現(xiàn)可變結(jié)構(gòu)色，兼顧高安全等級(jí)防偽特性的同時(shí)，也提高了證卡防偽元素的美觀性。

圖3：(c)PUF微型二維碼；(d)PUF隨機(jī)納米紋理；(e)具有陣列防偽標(biāo)記的聚碳酸脂薄膜。

相關(guān)研究還表明，這種PUF納米紋理在飛秒激光作用下，硅的晶態(tài)從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變到多晶態(tài)，并在紋理表面形成氧化層保護(hù)膜，極大地增強(qiáng)了其防復(fù)制性。這一獨(dú)特的飛秒激光誘導(dǎo)重結(jié)晶PUF納米紋理具備生物指紋般的獨(dú)特性，在光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和原子力顯微鏡等檢測(cè)設(shè)備下顯示出極高的防偽特性，克服了傳統(tǒng)浮雕結(jié)構(gòu)PUF可能被掃描光刻或納米壓印復(fù)制的技術(shù)難題。

圖4：微型防偽二維碼的可變結(jié)構(gòu)色。

為使這項(xiàng)防偽技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中更具便利性和普適性，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將輕量化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)MobileViT應(yīng)用到PUF納米紋理的識(shí)別認(rèn)證，構(gòu)建了身份證卡從生產(chǎn)制造到終端認(rèn)證的完整防偽體系。