近日，我院在含时物理不可克隆函数的构建和其在防伪加密领域的应用方面取得重要进展。相关成果以“Time-dependent physical unclonable functions by long-lived triplet excitons in carbon dots”为题发表在《Light: Science & Applications》上。其中，我院胡宴伟博士研究生为论文第一作者，曹庆博士研究生为共同第一作者，我院单崇新教授和刘凯凯教授为通讯作者，郑州大学物理学院为第一通讯单位。

物理不可克隆函数（PUF）因其具备独一无二的随机结构单元，在防伪加密领域发挥着至关重要的作用。PUF通过物理刺激（力、热、光、电、磁）使物理实体内部的随机结构单元形成唯一性响应信号，这些响应信号最终被转化为数字化编码，因此，PUF被攻击者破解的难度取决于物理实体单元构建的数字编码的复杂程度。然而，传统PUFs多停留在空间维度，依靠静态的结构差异来生成密钥,这种方式在编码容量和防伪复杂性上存在天花板，使得基于PUF的防伪加密手段变得不再牢不可破。因此，如何突破这一限制，使其能够应对更加先进的密钥攻击方式，一直是科研界的难题。

图1.基于具有三重态激子的CD的TD-PUF示意图。a.TD-PUF随时间演化的示意图；b.三重态电子的布居过程和自旋禁阻跃迁引起的慢光子效应示意图；c.室温下365 nm激发下的磷光衰减曲线（寿命）；d.TD-PUF在时间t₀、t₁和t₂时的灰度值分布图（50 × 50像素）；e.TD-PUF随时间变化的详细演化过程（局部放大的矩阵数列）以及构建的像素矩阵函数（底部）。

研究团队受薛定谔方程中“粒子波函数随时间演化”的启发，作者通过引入具有明亮且长寿命的三重态激子作为块单元的碳点来构造含时物理不可克隆函数（TD-PUFs）。将微观领域的思想引入信息安全领域，开创了全新的含时物理不可克隆函数（TD-PUFs）：

引入时间维度：构建的TD-PUFs随着时间的推移演变成多个全新的PUF，PUFs不再局限于空间，而是随时间不断演化，动态生成新的不可克隆模式，有效增加了复杂性和破解难度。

复杂性大幅提升：团队提出像素矩阵函数（Pixel Matrix Function, PMF）用数学形式刻画PUFs在时空维度的演化，从而能够详细分析动态行为和独特的安全特征，其编码容量提高了五个数量级。

用于艺术溯源：研究者还利用碳点构建了30×40 cm²的“动态防伪孔雀画”。随着时间推移，画作的结构和色彩会发生难以预测的变化，既美学独特，又具高度防伪价值。

本研究中TD-PUF技术的引入，标志着传统PUF摆脱了空间上的限制，为PUF在时间维度上的重大发展铺平了道路。

该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金和河南省重点研发计划的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41377-025-01940-9