用于智能卡的光学加密安全装置、加密方法及智能卡
阅读说明：本技术 用于智能卡的光学加密安全装置、加密方法及智能卡 (Optical encryption security device and encryption method for smart card and smart card ) 是由 刘玉申 李坤佳 张德宝 杨希峰 马玉龙 况亚伟 王书昶 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于智能卡的光学加密安全装置,包括导光板和发光装置,所述导光板至少具有可让光线射入及射出的第一、第二入射/出射面及可让光线反射的反射面；所述发光装置具有至少一个将光线照射于所述第一入射/出射面的光源；所述导光板的反射面设置有微结构,所述微结构用于打破光线全反射,所述发光装置射出的光线从所述第一入射/出射面导光至所述导光板内的微结构,由微结构打破全反射并从所述第二入射/出射面出射形成预制的光强分布图案,所述预制的光强分布图案记载信息。该加密安全装置结构简单,易用性好,成本低,利用光强分布记载信息,对信息进行加密；与电控IC芯片相结合,能够对信息实现更严密的安全保障。(The invention discloses an optical encryption safety device for a smart card, which comprises a light guide plate and a light-emitting device, wherein the light guide plate is at least provided with a first incident/emergent surface and a second incident/emergent surface which can allow light to enter and exit and a reflecting surface which can allow the light to reflect; the light-emitting device is provided with at least one light source for irradiating light rays on the first incident/emergent surface; the light guide plate is characterized in that the reflecting surface of the light guide plate is provided with a microstructure, the microstructure is used for breaking total reflection of light rays, the light rays emitted by the light emitting device are guided to the microstructure in the light guide plate from the first incident/emergent surface, the microstructure breaks the total reflection and is emergent from the second incident/emergent surface to form a prefabricated light intensity distribution pattern, and the prefabricated light intensity distribution pattern records information. The encryption safety device has the advantages of simple structure, good usability and low cost, and information is recorded by utilizing light intensity distribution to encrypt the information; and by combining with the electric control IC chip, tighter safety guarantee can be realized on information.)
技术领域
本发明属于智能卡的加密技术领域，尤其是涉及一种用于智能卡的光学加密安全装置、加密方法及智能卡。
背景技术
目前，智能卡已在众多领域获得广泛应用，尤其是一些储值预存、身份认证及金融相关的应用。尽管智能卡相对磁条卡有其特有的安全可靠性，然而随着智能卡的日益普及，针对智能卡安全漏洞的专用攻击技术也在同步发展。智能卡能够方便地采用PIN校验、加密技术及认证技术等来强化智能卡的安全性，但这并不意味着智能卡是绝对安全的。在智能卡的设计阶段、生产环境、生产流程及使用过程中会遇到各种潜在的威胁。攻击者可能采取各种探测方法以获取硬件安全机制、访问控制机制、鉴别机制、数据保护系统、存储体分区、密码模块程序的设计细节以及初始化数据、私有数据、口令或密码密钥等敏感数据，并可能通过修改智能卡上重要安全数据的方法，非法获得对智能卡的使用权。这些攻击对智能卡的安全构成很大威胁。
智能卡关系着各个层面的安全，与经济生活息息相关。智能卡应用系统是一个安全环境很复杂的系统，智能卡攻击方法的有效性以攻击者所获得的效益高于其耗费的时间、精力、经费等作为标准，防范措施的技巧多在于增加攻击成功的难度和成本。然而这些防范措施将增加设计的复杂程度和成本。市场上迫切需要一种减少智能卡的安全威胁，降低安全成本加密认证方法。
公告号为CN 106796664的专利公开了一种便携式数据载体，主体还包括不透光的覆盖层，以及光源，该光源以平面形式至少在数据载体的主体的一部分区域上延伸，并在主体的光源延伸区域上均匀地发光，光源由传送到非接触式接口提供能量，其中该覆盖层在至少一个位置具有至少一个用于使光源发出的光可透过的透光通道，在数据载体上可展现个性化的发光图案还可用于权证文件(例如身份证、护照、驾驶证等)上的防伪特征。该方法没有对信息进行加密，无法为智能卡提供安全保障。
发明内容
1、本发明的目的
针对上述存在的技术问题，提出了一种用于智能卡的光学加密安全装置、加密方法及智能卡，该加密安全装置结构简单，易用性好，成本低，利用光强分布记载信息，对信息进行加密；与电控IC芯片相结合，能够对信息实现更严密的安全保障。
2、本发明所采用的技术方案
一种用于智能卡的光学加密安全装置，包括导光板和发光装置，所述导光板厚度为0.1～6mm，所述导光板至少具有可让光线射入及射出的第一、第二入射/出射面及可让光线反射的反射面；
所述发光装置具有至少一个将光线照射于所述第一入射/出射面的光源；
所述导光板的反射面设置有微结构，所述微结构用于打破光线全反射，所述发光装置射出的光线从所述第一入射/出射面导光至所述导光板内的微结构，由微结构打破全反射并从所述第二入射/出射面出射形成预制的光强分布图案，所述预制的光强分布图案记载信息。
优选的技术方案中，所述微结构为以一定方式分布的凸起。
优选的技术方案中，通过调整微结构的凸起的形状、排布方法、间距、凸起高度或尺寸形成不同的光强分布图案。
优选的技术方案中，所述导光板的反射面下方设置有反射片，所述反射板外围设置有挡光板，所述挡光板内设置有凹槽，所述导光板和发光装置放置于所述挡光板内，所述挡光板的内侧面设为反射面。
优选的技术方案中，所述光源为面光源，设置于导光板的第一入射/出射面。
优选的技术方案中，所述微结构为球面凸起，排布为矩形，半径为0.02mm-1mm，高度为0.01～0.5mm，相邻微结构间距为0.01～0.5mm，光学属性为96％透射率和4％反射率。
本发明还公开了一种用于智能卡的光学加密方法，包括以下步骤：
S01：将不同的光强分布图案与不同信息建立一一对应的映射关系；
S02：将发光装置射出的光线从所述第一入射/出射面导光至所述导光板内的微结构，由微结构打破全反射并从所述第二入射/出射面出射形成预制的光强分布图案。
优选的技术方案中，所述步骤S02之后还包括：通过调整微结构的凸起的形状、排布方法、间距、凸起高度或尺寸形成不同的光强分布图案。
本发明又公开了一种具有光学加密安全装置的智能卡，包括智能卡本体，所述智能卡本体内设置有上述的任一种用于智能卡的光学加密安全装置。
3、本发明所采用的有益效果
该加密安全装置结构简单，易用性好，成本低。利用光强分布记载信息，对信息进行加密；在智能卡中加入该安全装置，可防止通过对通信接口进行分析或观察干扰电路中的某些物理量来操纵智能卡的行为。对智能卡的物理攻击同时会破坏光路，导致其独特光强分布图案的变化，从而智能卡认证失败，保证了安全性。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的用于智能卡的光学加密安全装置的结构示意图；
图2为本发明较佳实施例的用于智能卡的光学加密安全装置的剖视图；
图3为本发明挡光板的结构示意图；
图4为本发明三棱柱导光板的结构示意图；
图5为本发明球面凸起微结构的结构示意图；
图6为本发明用于智能卡的光学加密方法的流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实例作进一步地详细描述。
实施例1
如图1所示，一种用于智能卡的光学加密安全装置，包括导光板10和发光装置20，导光板10厚度为0.1～6mm，导光板10至少具有可让光线射入及射出的第一入射/出射面11、第二入射/出射面12及可让光线反射的反射面13；
发光装置20具有至少一个将光线照射于所述第一入射/出射面11的光源；
如图2所示，导光板10的反射面13设置有微结构14，微结构14用于打破光线全反射，发光装置20射出的光线从所述第一入射/出射面11导光至所述导光板内的微结构14，由微结构14打破全反射并从所述第二入射/出射面12出射形成预制的光强分布图案，所述预制的光强分布图案记载信息。
一较佳的实现方案中，结合图1和图2，导光板10的反射面13下方设置有反射片30，导光板10外围设置有挡光板40，挡光板40可以为独立的挡板，也可以连成一块板，如图3所示，在挡光板40内设置有凹槽41，导光板10和发光装置20放置于挡光板内的凹槽中41，挡光板40的内侧面42设为反射面。可以进一步使光线得到充分利用，并且降低杂散光对接收面的影响。
反射片30用于反射来自导光板10内经过微结构14透射而出的光线，使其再次进入导光板10发生光学传递，提升光能利用率，可以依据导光板的尺寸设置反射片长、宽、高，例如长度为12毫米，宽度为0.1毫米，高度为5毫米，并且设置反射片的上表面光学属性为全反射。
发光装置20的光源为蓝光或紫光发光二极管，光源位于导光板10侧面、底面、或两者之间的任意位置。较佳的，光源为面光源，设置于导光板10的第一入射/出射面11。
导光板10制备使用的材料主要有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等，这些材料一般对光线具有较高的透过率，并且在使用温度内能保持良好的性能，加工方法主要有印刷式和非印刷式。
导光板10可分为平板和斜板(楔形板)。如图2所示，平板导光板：光线在进入导光板中时，当光线入射时的角度大于临界角时，光线则会在导光板内部发生全反射，导致光线不能射出，此时作用在底部的微结构(散射网点)就会迫使光线产生散射，从而破坏全反射，最终使部分光线能够从预期出光面射出。
斜板导光板：斜板导光板破坏全反射现象的机理在于其对形状的设计，远离光源的一端比接近光源的一端薄，整体呈楔形，从而使得光源满足反射定律，最终能够由导光板的上表面射出。
导光板10的形状可以为正方体、三棱柱、圆柱等等其他形状，在此不作限定。三棱柱导光板10如图4所示，挡光板40的形状也为三棱柱。但是一般的采用正方体，本实施例以正方体为例进行说明。
一较佳的实施例中，微结构为以一定方式分布的凸起，当然也可以为以一定方式分布的孔洞，一般采用较易实施的凸起。凸起可以采用机械、热压、激光、丝网印刷、喷涂或3D打印方式等加工方式在导光板上制成。
微结构14通过其自身结构的特殊性能够使光线散射，从而破坏导光板10中光线产生的全反射，对其进行分析可知，根据结构中网点(微结构)的不同分布，光线从导光板10中射出的光通量也不相同。
微结构的截面形状可以为圆形、方形、正多边形等等中的一种或多种混合。一较佳的实施例中，如图5所示，微结构14为球面凸起，排布为矩形，半径为0.02mm-1mm，相邻微结构间距为0.01～0.5mm，光学属性为96％透射率和4％反射率。另一实施例中，若微结构的截面形状为正多边形，正多边形微结构外接圆的直径为0.02mm-1mm，高度为0.01～0.5mm，相邻微结构间距为0.01～0.5mm。
通过调整微结构的凸起的形状、排布方法、间距、凸起高度或尺寸形成不同的光强分布图案。
实施例2
如图6所示，本发明还公开了一种用于智能卡的光学加密方法，包括以下步骤：
S01：将不同的光强分布图案与不同信息建立一一对应的映射关系；
S02：将发光装置射出的光线从所述第一入射/出射面导光至所述导光板内的微结构网点，由微结构打破全反射并从所述第二入射/出射面出射形成预制的光强分布图案。
步骤S02之后还包括：通过调整微结构的凸起的形状、排布方法、间距、凸起高度或尺寸形成不同的光强分布图案。
通过光学仿真软件(例如LightTools、tracepro等等)进行设计和仿真，为了检测光线经过加密安全装置后，出光的照度、强度、信噪比等各项关键参数，需要在设计中加入接收面。根据导光板的尺寸及位置，我们设置一个位于导光板上方1毫米处并与导光板上表面平行的实体片，长12毫米宽0.1毫米，高5毫米，随后在这个面上建立一个接收器，设置其网格分区，并将接收面的光学属性设置为光学吸收。
利用光学仿真软件工具进行迭代计算，首先设定光源中心波长为550纳米，最大半值全宽设为20纳米，对网点分布以及光强二维分布进行观察。当波长为550nm时网格分布图与对应光强分布图如下表所示：
由上表可知，在不改变光源波长的情况下，对网点分布进行迭代变化，每进行一次迭代，都有唯一光强二维分布与之对应，且每组分布都不相同，因此可以判断每一组都可以指代一个用户的信息。
在改变光源波长的情况下，即调节波长后网格分布图与对应光强分布图如下表所示：
从表中可以观察到，每组的光斑分布都完全不同。
迭代计算时，网点结构的实时改变，同时观测光强二维分布，并结合光源波长进行综合分析，对结果分析得到，每一种微结构分布时，必然有唯一与之对应的光强空间分布，由此可以初步判断，所设计的光控芯片可以实现对信息的加密。
实施例3
本发明又公开了一种具有光学加密安全装置的智能卡，包括智能卡本体，智能卡本体内设置有上述的任一种用于智能卡的光学加密安全装置。具体的将光学加密安全装置嵌入到智能卡中即可，在使用同时搭载了光控、电控的智能卡时，检测系统将同时对两套系统进行检测，当两套系统同时通过检测之后，智能卡才进行信息的读写，大大提升了安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。