印刷物理不可克隆功能图案的制作方法

印刷物理不可克隆功能图案
1.本公开总体上涉及防伪，并且更具体地涉及用于印刷物理不可克隆功能图案的方法和装置。

背景技术：

2.物理不可克隆功能(puf)是可用于防伪的独特随机物理图案。puf复制会非常困难且成本很高，并且可通过提供大量的稳健标签的随机过程制造出来。puf图案可以被设计成能够通过适当的分析工具来读取。可以记录并存储puf图案，以便进行验证。puf可以用于防止伪造，防止替换组件中的部件，确保恰当保管，用作不可复制的数字签名等。
3.目前产生puf的方法可能生产成本很高，并且在经济上不可能广泛使用。这些昂贵的方法的一些示例可以包括集成有携带特殊光学特征的独特标志(例如，在某一波长或波长组合处吸光或发光)的puf，或创建纳米结构(例如，纳米颗粒、量子点或自组装分子)随机分布的puf。此外，检测这些类型的puf可能需要专门的分析装备，而经销商和终端用户并不容易获得这种设备。

技术实现要素：

4.根据本文所示的方面，提供了一种用于印刷物理不可克隆功能(puf)的方法和非暂态计算机可读介质。实施方案的一个公开特征是一种方法，该方法包括：在基底上施加透明涂层；干燥所述透明涂层以在该透明涂层中形成随机微结构；施配印刷流体以在透明涂层上印刷图形图案；并且通过干燥填充在透明涂层中形成的随机微结构的印刷流体来生成物理不可克隆功能(puf)图案。
5.实施方案的另一个公开的特征是一种上面存储有多个指令的非暂态计算机可读介质，这些多个指令包括在由处理器执行时使处理器执行以下操作的指令：在基底上施加透明涂层；干燥透明涂层以在该透明涂层中形成随机微结构；施配印刷流体以在透明涂层上印刷图形图案；通过干燥填充在透明涂层中形成的随机微结构的印刷流体来生成物理不可克隆功能(puf)图案。
6.另一个公开的特征是用于认证印刷的puf的方法。该方法包括：利用移动设备上的摄像头捕获基底上印刷的物理不可克隆功能(puf)的图像，其中puf形成在印刷流体施配于透明涂层上的基底上，该透明涂层经过干燥以形成由印刷流体填充的随机微结构；将印刷的puf的图像与存储在服务器上的图像进行比较；以及当puf的图像与存储在服务器上的图像匹配时，对基底进行认证。
附图说明
7.通过结合附图考虑以下具体实施方式可以容易地理解本公开的教学内容，在附图中：
8.图1示出了本公开的示例性puf的框图；
9.图2示出了本公开的puf的放大图；
10.图3示出了生成本公开的puf的示例性装置的框图；
11.图4示出了认证本公开的puf的示例性系统的框图；
12.图5示出了用于印刷本公开的puf的方法的流程图；
13.图6示出了用于认证本公开印刷的puf的方法的流程图；并且
14.图7示出了适用于执行本文所述功能的示例性计算机的高级框图。
15.为了便于理解，在可能的情况下已经使用了相同的附图标号来指定附图共有的相同元件。
具体实施方式
16.本公开广义地公开了一种用于印刷物理不可克隆功能(puf)图案的方法和装置。如上讨论，目前生成puf方法的生产成本会很高，并且在经济上不可能广泛使用。这些昂贵的方法的一些示例可以包括集成有携带特殊光学特征的独特标志(例如，在某一波长或波长组合处吸光或发光)的puf，或创建纳米结构(例如，纳米颗粒、量子点或自组装分子)随机分布的puf。此外，检测这些类型的puf可能需要专门的分析装备，而经销商和终端用户并不容易获得这种设备。
17.使用印刷的一些较低成本方法是可用的。例如，开发了油墨边缘防伪方法，其中在印刷后使用吹塑和压制以在油墨边缘形成随机结构。然而，仅印刷油墨本身会产生更容易复制的低分辨率，这就降低了puf的安全性。
18.本公开的实施方案提供了一种在实现难以复制的高分辨率的同时具有低成本的可印刷puf。在一个实施方案中，可以将初级透明涂层施加到基底上。可以干燥透明涂层以在基底上的涂层内形成随机裂纹。可以将油墨施配到干燥的初级透明涂层上。油墨可以填充在涂层中形成的随机裂纹内以产生puf。
19.也可以使用广泛可用的装备对本公开的puf进行认证。例如，手机或移动设备上的摄像头可以用于捕获puf图像以便认证。因此，不需要专门装备来认证本公开的印刷puf。
20.图1示出了示例性文件100，该文件包括经由本公开的印刷过程生成的物理不可克隆功能(puf)108。在一个实施方案中，尽管puf 108被示出为印刷在文件100上，但是puf 108可以印刷在任何表面上，包括设备的包装、部件、表面或外壳等。
21.在一个实施方案中，文件100可以包括基底102。基底102可以是能够接受透明涂层104以及用于印刷图案106的印刷流体的纸、纸板、塑料或任何其它类型的表面。在一个实施方案中，透明涂层104可以包含流体和固体颗粒的胶体混合物。例如，流体可以是溶剂或水。固体颗粒可以包括二氧化硅或其它类型的聚合物。在一个实施方案中，透明涂层104还可以使用纳米颗粒胶体混合物、溶胶-凝胶溶液、聚合物溶液、聚合物混合物等。
22.在一个实施方案中，透明涂层104可以是市售的水和二氧化硅的胶体混合物，该胶体混合物含有30重量百分比至50重量百分比的二氧化硅。在一个实施方案中，透明涂层104可以包含34重量百分比的二氧化硅。在一个实施方案中，透明涂层104可以包含50重量百分比的二氧化硅。
23.在一个实施方案中，可以在透明涂层104上施配印刷流体以形成puf1081至108n(下文中也称为puf 108或合称为puf 108)的图案106。尽管puf 108的图案106示出为一系列点，但是应注意，可以印刷任何图案106。例如，图案106可以是条形码、快速响应(qr)码或不
同形状的图案(例如，正方形、矩形、椭圆形、不规则形状等)。
24.在一个实施方案中，可以使用能够粘附到基底102上的任何类型的透明涂层104。在一个实施方案中，可以使用与透明涂层104相容的任何类型的印刷流体。换言之，印刷流体应能够粘附到透明涂层104并在其上干燥以生成图案106。
25.在一个实施方案中，可以将puf 108印刷成具有小至50微米的宽度或直径110。因此，本方法可用于印刷能够使用市售化合物的较小puf 108。此外，可以使用广泛可用的装备(例如，移动电话上的摄像头)来分析或认证puf 108。因此，本公开的方法提供了难以伪造的puf 108，同时维持印刷puf 108的相对较低的成本。
26.图2示出了示例性puf 108的放大图。在一个实施方案中，可以施配并且干燥透明涂层104以形成随机微结构1101至110
11
(下文称为随机微结构110或合称为微结构110)。随机微结构110可以是透明涂层104中因干燥而形成的裂纹。
27.在一个实施方案中，可以通过透明涂层104的厚度控制裂纹或随机微结构110的分辨率。例如，如果分辨率太高(例如，较少的大尺寸微结构110)，则随机微结构110可能太容易经由印刷过程单独复制。如果分辨率太低(例如，大量较小尺寸的微结构110)，则随机微结构110可能太小而无法利用由移动设备上的标准红、绿、蓝(rgb)摄像头(例如，移动电话上的摄像头)捕获的图像进行分析。
28.在一个实施方案中，可以通过经由打印机的印刷头施配的透明涂层104的量来控制透明涂层104的厚度。在一个实施方案中，透明涂层104的厚度可以通过旋涂过程的旋转速率来控制。例如，透明涂层104可以100转/分钟(rpm)至5000rpm之间的速度旋涂到基底102上。在一个实施方案中，透明涂层104可以500rpm至3,000rpm之间的速度旋涂到基底102上。
29.尽管上文描述的是旋涂过程，但是应注意，可以使用其它涂覆方法。例如，施加透明涂层104可以使用下拉涂覆(drawdown coating)方法、气溶胶喷涂等方法。
30.在一个实施方案中，随机微结构110的分辨率可以使得随机微结构110具有几百微米的长度112和宽度114。在一个实施方案中，随机微结构100可具有20微米至70微米之间的长度112和3微米至9微米之间的宽度114。在一个实施方案中，对于如上所述的纳米颗粒胶体涂覆，用于实现期望分辨率的随机微结构110的透明涂层104的厚度可以是约5纳米(nm)至100nm。对于其他类型的材料，厚度可能变化。例如，对于聚合物涂层，透明涂层104的厚度可以是5nm至10微米。
31.在一个实施方案中，如上所述，印刷流体可以施配在透明涂层104上。印刷流体体可以填充到透明涂层104中形成的随机微结构110内。由印刷流体在随机微结构110中和在透明涂层104的特定位置上的组合所形成的图像可以形成puf 108。换言之，在图2所示的示例中，puf 1081可以包括印刷点和填充有印刷流体的随机微结构1101和1102。
32.puf 1082可以与puf 1081不同，因为随机微结构1103和1104的布置和尺寸不同于puf 108的1随机微结构1101和1102的布置和尺寸。puf 1083和puf 1084还可以分别具有随机微结构110
5-1108和110
9-110
11
的独特布置、数量和尺寸。换言之，由于沿透明涂层104的表面的不同位置产生的随机微结构110，图案106中的每个puf 108可以是独特的或不同的。
33.图3示出了可用于印刷本公开的puf 108的示例性装置300。在一个实施方案中，装置300可以是包括多个印刷头304和306的打印机。印刷头304和306可以用于施配不同的流
体。例如，存储容器308可以存储经由印刷头304施配的透明涂层。存储容器310可以存储经由印刷头306施配的印刷流体。
34.在一个实施方案中，处理器302可以通信耦合至印刷头304和306，以控制透明涂层和印刷流体的施配。在一个实施方案中，基底102可以在印刷头304和306下方通过，或者印刷头304和306可以在基底102上方移动。
35.在一个实施方案中，处理器302可以控制印刷头304以施配透明涂层，从而在基底102上形成透明涂层104。如上所述，可以施配透明涂层以形成透明涂层104的期望厚度。印刷头304可以在基底102上进行多次印刷，以施配透明涂层。
36.具有透明涂层104的基底102可以移动到干燥装置、烘箱或用于干燥透明涂层104的空气。干燥透明涂层104可以在透明涂层104中产生随机微结构110。
37.在干燥透明涂层104之后，基底102可以放置在印刷头304和306下方。然后，处理器302可以控制印刷头306以施配印刷流体，从而在透明涂层104上印刷图案106。印刷流体可以围绕施配印刷流体的位置填充随机微结构110。然后可以干燥印刷流体以形成puf 108。
38.应当指出的是，为了便于说明，装置300已被简化，并且可包括未示出的附加部件。例如，装置300可以包括移动印刷头304和306的马达、存储指令的存储器、电源、其它电气部件等。
39.尽管图3示出了利用单个打印机或装置300印刷puf 108，但是应注意，不同的设备可以用于印刷puf 108。例如，透明涂层104可以经由旋涂机旋涂到基底102上。此外，烘箱可用于干燥透明涂层104以及施配的印刷流体。
40.下面的实施例1至实施例3提供了用于印刷本公开的puf 108的过程参数的实施例。
41.实施例1：
42.得到了悬浮于去离子水中的34重量百分比的胶体二氧化硅溶液，以形成透明涂层104。通过以500rpm的速度旋涂1分钟，将胶体二氧化硅溶液施加到纸板基底上。透明涂层104在60摄氏度(℃)的烘箱中干燥1小时。在干燥的透明涂层104上使用水性图形油墨印刷图案。使用dimatixdmp2800打印机施配油墨，以产生600
×
600点/英寸(dpi)的图案，条件如下：墨滴质量＝4.5纳克(ng)至4.8纳克(ng)，墨滴速度＝6米/秒至7米/秒，频率＝5千赫兹，印刷头温度＝环境温度至40℃，并且电压＝16伏至20伏。使油墨在120℃+的烘箱中干燥10分钟。
43.实施例2：
44.得到了悬浮于去离子水中的34重量百分比的胶体二氧化硅溶液，以形成透明涂层104。通过以3000rpm的速度旋涂1分钟，将胶体二氧化硅溶液施加到纸板基底上。透明涂层104在60摄氏度(℃)的烘箱中干燥1小时。在干燥的透明涂层104上使用水性图形油墨印刷图案。使用dimatixdmp2800打印机施配油墨，以产生600
×
600点/英寸(dpi)的图案，条件如下：墨滴质量＝4.5纳克(ng)至4.8纳克(ng)，墨滴速度＝6米/秒至7米/秒，频率＝5千赫兹，印刷头温度＝环境温度至40℃，并且电压＝16伏至20伏。使油墨在120℃+的烘箱中干燥10分钟。
45.实施例3：
46.得到了悬浮于去离子水中的50重量百分比的胶体二氧化硅溶液，以形成透明涂层
104。通过以500rpm的速度旋涂1分钟，将胶体二氧化硅溶液施加到纸板基底上。透明涂层104在60摄氏度(℃)的烘箱中干燥1小时。在干燥的透明涂层104上使用水性图形油墨印刷图案。使用dimatixdmp2800打印机施配油墨，以产生600
×
600点/英寸(dpi)的图案，条件如下：墨滴质量＝4.5纳克(ng)至4.8纳克(ng)，墨滴速度＝6米/秒至7米/秒，频率＝5千赫兹，印刷头温度＝环境温度至40℃，并且电压＝16伏至20伏。使油墨在120℃的烘箱中干燥10分钟。
47.发现以上实施例形成具有期望分辨率的puf 108。测得透明涂层104中的随机微结构110的宽度介于3微米至9微米之间，长度为20微米至70微米。
48.图4示出了用于认证本公开的puf 108的系统400的框图。如上所述，印刷puf 108可以允许可用设备用于认证puf 108。换言之，不需要昂贵的专门装备来认证本公开的puf 108。
49.在一个实施方案中，系统400可包括移动设备420，该移动设备包括摄像头422。移动设备420可以是手机、移动电话、智能电话、平板电脑、便携式计算机等。换言之，具有图像捕获设备的任何设备可用于捕获图像。
50.终端用户可以接收印刷在基底402上的文件并且想要认证文件。终端用户可以捕获印刷在基底402上的puf 408的图像424。按照类似于可以印刷或形成puf 108的方式，可以印刷或形成puf 408，如上所述。
51.在图4中，puf 408示出为条形码。如上所述，puf 408可以是任何图案(例如，条形码、qr码、形状图案等)。puf 408可以包括位于不同位置的各种随机微结构410和不同的条形码线。可以通过在干燥的透明涂层404上施配印刷流体或油墨来形成puf 408，从而利用印刷流体填充随机微结构410。
52.在一个实施方案中，在生产期间，可以在印刷后捕获puf 408的图像。可以将图像保存在用作存储图像430的网络432的数据库(db)428中。网络432可以是互联网协议(ip)网络。
53.为了认证印刷在基底402上的文件，移动设备420可以经由网络432将捕获的图像424发射到应用服务器(as)426上。as 426可以在db 428中访问存储的图像430。as 426可以将捕获的图像424与存储的图像430进行比较。如果发现匹配，则as 426可以向移动设备420发送文件已经经过认证的通知。如果发现不匹配，则as 426可以向移动设备420发送文件未通过认证的通知。因此，印刷puf 408可以允许相对便宜的广泛可用的装备用于认证本公开的印刷puf 408。
54.图5示出了用于印刷本公开的puf的示例性方法500的流程图。在一个实施方案中，通过装置300或通过装置(诸如图7示出并在下面讨论的装置700)可以执行方法500。
55.在一个实施方案中，方法500在框502处开始。在框504处，方法500在基底上施加透明涂层。透明涂层可以是与基底相容的固体颗粒的任何类型的胶体悬浮液。例如，胶体悬浮液应能够粘附到基底。胶体悬浮液的示例可以包括悬浮在去离子水中的二氧化硅颗粒。
56.在一个实施方案中，可以经由旋涂过程、下拉涂覆方法、气溶胶喷涂等施加透明涂层。在一个实施方案中，可以经由打印机施加透明涂层。可以将透明涂层施加到期望厚度以得到在透明涂层中形成期望分辨率的微结构，如下所述。
57.在框506处，方法500干燥透明涂层以在透明涂层中形成随机微结构。由于干燥透
明涂层，随机微结构可以包括在透明涂层中形成的微裂纹。随机微结构可以有不同的形状、布置和尺寸。示例性期望分辨率的随机微结构可以包括具有3微米至9微米之间的宽度和20微米至70微米之间的长度的微结构。
58.在框508处，方法500施配印刷流体以在透明涂层上印刷图形图案。印刷流体可以是水性图形油墨。可以使用与透明涂层相容的任何类型的油墨，并且可以粘附到透明涂层上以印刷期望的puf图案。印刷流体可以围绕施配到透明涂层上的印刷流体的位置填充到随机微结构中。
59.在框510处，方法500通过干燥填充在透明涂层中形成的随机微结构的印刷流体来生成物理不可克隆功能(puf)图案。例如，可以干燥印刷流体，并且施配的印刷流体和随机微结构中的印刷流体的所得图像可以形成puf图案。在框512处，方法500结束。
60.图6示出了用于认证通过本公开印刷的puf的示例性方法600的流程图。在一个实施方案中，可通过系统400或通过装置(诸如图7中示出并在下面讨论的装置700)执行方法600。
61.在一个实施方案中，方法600在框602处开始。在框604处，方法600利用移动设备上的摄像头捕获基底上印刷物理不可克隆功能(puf)的图像，其中puf形成在印刷流体施配于透明涂层上的基底上，透明涂层经过干燥以形成由印刷流体填充的随机微结构。在一个实施方案中，移动设备可以是移动手机、移动电话、智能电话、平板计算机、便携式计算机等。换言之，具有摄像头的任何类型的设备可用于捕获用于认证的puf的图像。
62.可以经由施配在基底上的透明涂层中形成的随机微结构来形成印刷的puf。印刷流体可以施配在透明涂层上，并且可以填充透明涂层中的随机微结构。可以经由用于透明涂层的材料和透明涂层的厚度来控制puf的分辨率，如上所述。
63.在框606处，方法600是将图像与存储在服务器上的图像进行比较。例如，当puf形成时，可以捕获印刷puf的图像。图像可存储在网络中的数据库中。数据库可以由认证服务或印刷puf的公司管理。可以将由移动设备捕获的图像与数据库中存储图像进行比较，以确定是否到匹配。
64.在框608处，当puf的图像匹配存储在服务器上的图像时，方法600对基底进行认证。当发现匹配时，基底可以经过认证。例如，捕获印刷的puf的图像的移动设备可以接收基底已通过认证的消息或通知。在框610处，方法600结束。
65.图7示出了专用于执行本文所述功能的计算机的高级框图。如图7中所示，计算机700包括：一个或多个硬件处理器元件702(例如，中央处理单元(cpu)、微处理器或多核处理器)；存储器704(例如，随机存取存储器(ram)和/或只读存储器(rom))；用于印刷puf的模块705；以及各种输入/输出设备706(例如，存储设备，包括但不限于带驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器或致密盘驱动器、接收器、发射器、扬声器、显示器、语音合成器、输出端口、输入端口和用户输入设备(诸如键盘、小键盘、鼠标、麦克风等))。尽管仅示出了一个处理器元件，但应当指出的是，计算机可采用多个处理器元件。
66.应当指出的是，本公开可在软件和/或软件和硬件的组合中实现，例如，使用专用集成电路(asic)、可编程逻辑阵列(pla)、包括现场可编程门阵列(fpga)、或部署在硬件设备上的状态机，计算机或任何其他硬件等同物，例如，有关上述方法的计算机只读指令可用于配置硬件处理器以执行上述公开方法的步骤、功能和/或操作。在一个实施方案中，用于
印刷puf的当前模块或过程705的指令和数据(例如，包括计算机可执行指令的软件程序)可被加载到存储器704中并由硬件处理器元件702执行，以实现上文讨论的步骤、功能或操作。此外，当硬件处理器执行用于执行“操作”的指令时，这可包括直接执行操作和/或促进、引导或与另一硬件设备或组件(例如，协处理器等)进行协作以执行操作的硬件处理器。
67.执行与上述方法相关的计算机可读指令或软件指令的处理器可被感知为编程处理器或专用处理器。因此，本公开的用于印刷puf的本模块705(包括相关联的数据结构)可存储在有形或物理(广义上非暂态)计算机可读存储设备或介质上，例如易失性存储器、非易失性存储器、rom存储器、ram存储器、磁性或光盘驱动器、设备或软盘等。更具体地，计算机可读存储设备可包括任何物理设备，这些物理设备提供存储诸如数据和/或指令的信息的能力以被处理器或计算设备诸如计算机或应用服务器访问。
68.应当理解的是，以上公开的和其他的特征和功能的变型或其另选方案可以被组合到许多其他不同的系统或应用中。本领域的技术人员随后可以做出各种目前未预见或未预料到的替换、修改、变化或改进，这些也旨在被所附权利要求书所涵盖。

技术特征：

1.一种方法，包括：在基底上施加透明涂层；干燥所述透明涂层以在所述透明涂层中形成随机微结构；施配印刷流体以在所述透明涂层上印刷图形图案；以及通过干燥填充在所述透明涂层中形成的所述随机微结构的所述印刷流体来生成物理不可克隆功能(puf)图案。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述透明涂层包括水和固体颗粒的胶体混合物。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述固体颗粒包含在30重量百分比至50重量百分比范围内的二氧化硅。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述施加包括：使用同样施配所述印刷流体的印刷装置的印刷头施配所述透明涂层。5.根据权利要求1所述的方法，其中经由100转/分钟(rpm)至5000rpm之间的旋涂过程执行所述施加。6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述透明涂层被施加到期望厚度以形成期望分辨率的所述随机微结构。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述期望厚度包括5纳米(nm)至100nm。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述印刷流体包含水性图形油墨。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述图形图案包括条形码、快速响应码或形状图案。10.一种存储多条指令的非暂态计算机可读介质，所述多条指令在由处理器执行时使所述处理器执行以下操作，包括：在基底上施加透明涂层；干燥所述透明涂层以在所述透明涂层中形成随机微结构；施配印刷流体以在所述透明涂层上印刷图形图案；以及通过干燥填充在所述透明涂层中形成的所述随机微结构的所述印刷流体来生成物理不可克隆功能(puf)图案。11.根据权利要求10所述的非暂态计算机可读介质，其中所述透明涂层包括水和固体颗粒的胶体混合物。12.根据权利要求11所述的非暂态计算机可读介质，其中所述固体颗粒包含在30重量百分比至50重量百分比范围内的二氧化硅。13.根据权利要求10所述的非暂态计算机可读介质，其中所述施加包括：使用同样施配所述印刷流体的印刷装置的印刷头施配所述透明涂层。14.根据权利要求10所述的非暂态计算机可读介质，其中经由在100转/分钟(rpm)至5000rpm之间的旋涂过程执行所述施加。15.根据权利要求10所述的非暂态计算机可读介质，其中将所述透明涂层施加到期望厚度以形成期望分辨率的所述随机微结构。16.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读介质，其中所述期望厚度包括5纳米(nm)至100nm。17.根据权利要求10所述的非暂态计算机可读介质，其中所述印刷流体包含水性图形
油墨。18.根据权利要求10所述的非暂态计算机可读介质，其中所述图形图案包括条形码、快速响应码或形状图案。19.一种方法，包括：利用移动设备上的摄像头捕获基底上印刷的物理不可克隆功能(puf)的图像，其中所述puf形成在印刷流体施配于透明涂层上的所述基底上，所述透明涂层被干燥以形成由所述印刷流体填充的随机微结构；将所述印刷的puf的所述图像与存储在服务器上的图像进行比较；以及当所述印刷的puf的所述图像与存储在所述服务器上的所述图像匹配时，认证所述基底。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述透明涂层包含水和30重量百分比至50重量百分比的范围内的二氧化硅的胶体混合物。

技术总结

本发明题为“印刷物理不可克隆功能图案”。本发明公开了一种方法。例如，所述方法包括：在基底上施加透明涂层，干燥透明涂层以在透明涂层中形成随机微结构，施配印刷流体以在透明涂层上印刷图形图案，以及通过干燥填充在透明涂层中形成的随机微结构的印刷流体来产生物理不可克隆功能(PUF)图案。不可克隆功能(PUF)图案。不可克隆功能(PUF)图案。