專利名稱：用于信息載體的復制保護的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于信息載體的復制保護的系統。
本發明還涉及一種用在這種系統中的信息載體。
本發明涉及一種讀取這種信息載體的方法和讀取這種信息載體的設備。
本發明最后還涉及一種在硬件中制造密鑰以防止對根據本發明的信息載體的復制的方法。
本發明可用于內容載體如光盤的復制保護中或用于智能卡中。
背景技術：
現已提出將物理單向函數作為加密技術、復制保護或識別卡的基礎。根據已知的現有技術，以任意波陣面照射衍射結構，檢測器例如CCD攝像機檢測獲得的散斑圖。由散斑圖生成密鑰，其唯一識別衍射結構。這種系統的穩定性強烈依賴于衍射結構和檢測器之間的對準。
題為“物理單向函數(Physical one-way functions)”的論文(科學(Science)，2002年9月20日，P.297)公開了如何使用衍射結構來實現用于加密目的的單向函數。所述論文基于高分辨率CCD檢測器對散斑圖的檢測，所述檢測是相當昂貴的。并且，光源、衍射結構和檢測器之間的對準也會產生一些問題。
發明內容
本發明的目的在于提出一種用于信息載體的復制保護的系統，所述系統沒有現有技術中的解決方案復雜，但可以保持功效相同。
為此，根據本發明的系統包括衍射層，用于在光源對其進行照射時傳遞散斑圖，空間濾波器，其與衍射層對準，用于傳遞來自散斑圖的濾光后光信號，檢測器陣列，用于在以所述濾光后的光信號進行照射時傳遞電信號，裝置，用于從電信號中計算出密鑰，和裝置，用于從密鑰中解密包含在信息載體內的加密數據。
結果，整個加密結構，即衍射層、空間濾波器和檢測器陣列，可被視為“一片”，對每個入射波陣面給出了唯一的響應。通過快速改變入射波陣面，可以安全識別出給定衍射結構的唯一性。
根據本發明的第一實施方式，衍射結構、空間濾波器和檢測器陣列組合在一片硬件中。
根據本發明的另一實施方式，檢測器是讀出單元的一部分，加密結構的其它部分組合在一片硬件上。
根據本發明的另一實施方式，檢測器和空間濾波器是讀出單元的一部分，而衍射結構是內容載體的一部分。空間濾波器由可逆光敏材料制成，每次將載體插入到讀出單元時都可以創建所述濾波器。
本發明還與制造密鑰的方法有關，所述方法包括以下步驟全息曝光光敏聚合物層，以創建衍射結構，整片曝光所述光敏聚合物層以聚合所述衍射結構，以光源經過衍射結構照射第一光敏材料從而形成具有預定圖案的空間濾波器，當衍射結構傳遞的針對光源的給定波陣面的散斑圖的強度高于預定閾值時，進行所述光敏材料的激活。
所述方法適用于通過對光敏材料進行光學照射在單個步驟中制造衍射結構、空間濾波器以及有可能形成的檢測器陣列。所述方法保證了檢測器、空間濾波器與衍射結構之間的正確對準。
現在將參考附圖結合實施例來進一步詳細描述本發明。
圖1是根據本發明的加密結構的示意圖，圖2示出了根據本發明的加密結構的工作原理，和圖3示出了制造密鑰的方法。
具體實施例方式
本發明旨在根據衍射原理提出一種用于信息載體的復制保護的廉價而有效的系統。所述信息載體可以是例如微化格式光盤SFFO盤或藍光盤之類的光盤，但是，本領域技術人員明顯可知本發明還適用于其他類型的信息載體，例如磁盤或智能卡。
圖1是根據本發明的信息載體的設計圖，圖2示出了所述信息載體的工作原理。這種信息載體包括用于在光源10進行照射時傳送散斑圖11的衍射層1、用于傳送來自散斑圖的經濾光的光學信號31的空間濾波器3和用于在被所述經濾光光學信號照射時傳送電信號的檢測器陣列4，所述密鑰由所述電信號產生。其還包括間隔層2，用于將衍射層與空間濾波器分開。所述間隔層起到傳播介質的作用。其寬度大于光源的波長，小于衍射結構的寬度。這些衍射結構在這里組成為一片硬件。
本發明建議通過感光材料的光照射在單個步驟中形成衍射層和空間濾波器，以確保空間濾波器與衍射結構正確對準，和加密結構的有效操作。
根據本發明的第一實施方式，根據本發明的系統包括具有大象素的簡單檢測器陣列。由于需要非常靈敏的系統來檢測黑客是否試圖克隆密鑰，因此，有必要對檢測器陣列的不良特性進行補償。例如，由于基于利用單向物理加博雜湊函數的非常精密的空間濾波器，因而可以實現所述補償。
根據本發明的信息層對光源發射的每個入射波陣面產生一個唯一的響應。應當注意，即使在來自多組入射波陣面的響應是已知的情況下，也不足以預言對該組之外的所述波陣面的響應。結果，黑客不能創建衍射結構，所述衍射結構與空間濾波器相結合，在檢測器上具有相同的信號。
如圖1所述，可以直接從檢測器陣列中讀出密鑰。為此，所述用于復制保護的系統還包括用于對這種信息載體進行讀取的設備。所述設備包括用于從信息層所傳送的電信號中計算出密鑰的裝置，以及用于從密鑰中解密包含在信息載體中的加密數據的裝置。
因此，這種設備適用于從相關的加密結構中識別出信息載體上所存在的特征信息，從中獲取密鑰，解密記錄在信息載體上的用戶信息。試圖克隆原始數據載體即在第二數據載體上復制包含在原始數據載體內的用戶信息的記錄器將不能如同特征信息存在于原始數據載體上那樣也將特征信息記錄到第二數據載體上，所述信息是解密信息數據所必需的。結果，將不能解密和播放包含在第二數據載體上的用戶信息。
安全性來源于衍射層和密鑰之間存在“單向”相關。之后，安全模塊能夠校驗密鑰和入射波陣面之間的關系，從而唯一確定所述結構的身份。
所述衍射結構由光敏聚合物制成。它們基本由一個或多個單體或聚合物與單體的組合、用作非活性成分的粘合劑以及啟動系統組成。所述介質被具有高強度和低強度的三維空間圖案照射。在高強度的區域內，單體的聚合作用是光啟動的。之后，一些機理出現，產生折射率調制，所述折射率調制在于分子電子結構的變化、聚合作用時的密度變化、系統內部成分的空間分離。
在全息曝光過程中，聚合速率的空間變化引起單體消耗量的空間變化。由于這種單體的局部耗盡以及聚合作用引起的額外收縮，因而出現了單體從暗區擴散到亮區的現象。所述過程一直持續到所述單體在所有區域內全部耗盡或由于增加了系統的分子量而使遷移率下降到使單體擴散停止的程度。各種成分的空間分離導致成分的折射率都顯著變化時產生折射率差，并影響整個折射率調制。
全息曝光之后，對衍射結構整片曝光，以通過任意殘留單體的完全聚合作用固定所述結構。由此，不會產生成分分離，后曝光照射將產生無全息活性的無特征均勻的聚合樣本。
聚合過程的結果的預測極為難于確定。各個成分的擴散常數不但會隨著作為環境的粘度變化結果的聚合時間發生變化，而且會隨著作為光的空間分布的結果進行空間變化。
因為不能預知哪個衍射結構是由給定照射波陣面形成的，因此由聚合過程引起的衍射結構的非線性和不可預知性使之可用于加密應用。
由于檢測器陣列必須價廉并易于制造，因此，其橫向分辨率相對較差。為了對此進行補償，需要采用具有包含非常小的孔的雙掩模的空間濾波器來顯著提高橫向分辨率。空間濾波器不僅需要在橫向上嚴格對準，而且需要相對于衍射結構在深度方向上嚴格對準。這就是為何要在以整片曝光方式固定衍射結構同一個步驟中制成空間濾波器或激活空間濾波器。
通過各種材料、在強烈照射時將其光學特性從反射或吸收改變為透明可以提供上述功能性。這些材料是例如光學存儲中所采用的標準材料，例如有機染料、有機物上的金屬層、相變材料或硅化物。
或者，可以使用所提出的無機雙層材料作為保護層。這些材料選自由成對使用的下述元素構成的組As-Pb，Bi-Cd，Bi-Co，Bi-In，Bi-Pb，Bi-Sn，Bi-Zn，Cd-In，Cd-Pb，Cd-Sb，Cd-Sn，Cd-Ti，Cd-Zn，Ga-In，Ga-Mg，Ga-Sn，Ga-Zn，In-Sn，In-Zn，Mg-Pb，Mg-Sn，Mg-Ti，Pb-Pd，Pb-Pt，Pb-Sb，Sb-Sn，Sb-Ti，Se-Ti，Sn-Ti和Sn-Zn。例如，雙層Bi-In或Bi-Sn可用于其光學特性。這種沉積的雙層系統具有高反射率和或多或少“0”透射率。熱啟動合金化之后或通過進行強光照射，雙層系統呈透明。
圖3示出了構造或適當“激活”空間濾波器的原理。在光源的照射下，衍射結構在某個距離處提供散斑圖，該距離與衍射結構相關同時與所述光的波陣面(波長、角度、散度、相位、偏化)相關。在對于給定光源的波陣面衍射結構傳送的散斑圖的強度110達到直線T所體現的某閾值的這些位置上，所述材料變為透明。低于所述閾值，光敏材料保持非透明。這樣，產生了包含透明部分3a和非透明部分3b的一維或二維二元掩模。此外，所述圖案最好相對于所述衍射結構對齊。
適當檢測器的選擇對本發明的工作原理來說是隨意的。然而，優選使用較廉價的方式，因為檢測器可以是信息載體的一部分，所述信息載體可以是例如大批量制造的復制受保護的光盤，在大批量制造過程中，必須要降低生產成本。所述檢測器具有41到44的大象素，因此其分辨率低于空間濾波器。
因此，建議利用提供電信號的圖案化光電層，所述電信號需要被讀取出來以獲取光學密鑰。光電層所傳送的電信號與衍射結構所傳遞的光信號之間的組合(例如相關性)使光學密鑰是唯一的，使可以存取信息載體上的內容，所述內容用所述密鑰加密。
根據本發明的一種實施方式，使用分段激活或去激活所述層的方式在光電層上形成圖案。得益于這種分段操作的方式，在以光信號進行照射時產生與預定圖案相應的電信號。例如，可以在氧環境下以圖案化的UV進行照射制造盤的過程中，將預定圖案寫在光電層上。這會產生局部高歐姆行為，不會在照射下產生任何電流。
可選擇地，電極也可被圖案化。例如，可以將硅上的薄金屬薄膜用作金屬電極。局部加熱之后或照射之后，形成硅化物。所述硅化物具有典型的高歐姆或半導電行為。
根據另一實施方式，光電內層在激活和去激活區域內是分段的，一個電極在各段內被分段。
光電層由現有材料以及用在太陽能電池中的疊層組合制成，例如I.Garner在“通信-國際”(Communications-International)Vol.16，no.3(1989)73中所描述的非晶硅。
所述光電層也可以由C.Balif、M.Regula、F.Levy在“太陽能材料&太陽能電池”(Solar Energy Material & Solar Cells)57(1999)189中所描述的光電二硫化鎢WS2、由銅、銦或硒化鎵、二硫化鎘、二硒化鎘、砷化鎵、鋁鎵砷化物制成。
光電層可以基于共軛聚合物的有機太陽能電池材料制成。例如，其可以是S.E.Shaheen C.J.Brabec、N.S.Sariciftci、F.Padinger、T.Fromherz、J.C.Hummelen在應用物理快報(applied Physics Letters)Vol.78、no.6(2001)841的“2.5％有效有機塑料太陽能電池”(2.5％efficient Organic Plastic Solar Cells)中所描述的共軛聚合物/亞甲基富勒烯(methanofullerene)，或共軛聚合物/共軛聚合物、共軛聚合物/有機分子、有機分子/有機分子、共軛聚合物/無機氧化物、硒化物和硫化物、有機分子/無機氧化物、硒化物和硫化物.
所述光電層可以基于E.Kymanskis等人在應用物理快報上Vol.80、no.1(2002)112中所描述的碳納米管，或納米導線，優選碳納米管或金屬氧化物納米管。
這些用作太陽能電池的材料的有效率由于太陽頻譜較廣而相對較低。然而，本發明與光學存儲的新一代產品相關，所述新一代產品將使用較短的波長，例如對于藍光盤而言為405nm，在這種情況下，使用適當的染料材料，其量子效率可達到60％。
應當注意，衍射層、空間濾波器以及光電檢測器陣列都可以在感光過程中制造出來。
因此可以在單個設備中研發整個結構，消除所有的對準誤差。
可選擇的，檢測器可以是讀出單元的一部分，即檢測器不直接成為光學加密結構的一部分。在這種情況下，作為衍射結構的加密結構的基本部分、間隔層以及空間濾波器組合在一片硬件上，彼此精確對準，而作為讀取器的一部分的檢測器為例如CCD或CMOS檢測器。
這種解決方案的優點在于進一步降低了信息載體的生產成本。
在另一實施方式中，檢測器和空間濾波器為讀出單元的一部分，而衍射結構是信息載體的一部分。因此，每當信息載體插入到讀出單元時，就會由此創建空間濾波器。為此，所述空間濾波器由光敏可逆層制成，例如AgCl/CuCl層，其可以在強光照射下黑化，在黑暗環境下返回到透射狀態。信息載體上的衍射結構被強烈照射，在空間濾波器上生成灰度吸收圖案。之后以弱光源對衍射結構進行照射會產生衍射圖案，所述衍射圖案穿過空間濾波器部分透射到檢測器陣列上。通過改變弱光源的角度、波長或位置之類的參數，可以進行一系列檢驗。應當注意，所建議的空間濾波器在相對短時間內返回到其初始透射率。
該實施方式的主要優點在于以下事實衍射結構僅是存在于信息載體上的系統的一部分，其它部分在讀出單元內。這使本實施方式的成本低廉。并且，光學檢測系統的讀出單元部分和信息載體部分最好如同以上實施方式中所描述的那樣對準。此外，通過在一個芯片上制造光學檢測系統的讀出單元部分，沒有信號能被監控。
另外，空間濾波器的圖案化以及加密光學密鑰讀出過程可以在移動過程中執行(例如在旋轉過程中)或在靜態信息載體上執行。
隨后所附的權利要求中出現的任何附圖標記都不被認為對權利要求的限制。顯然，詞語“包括”及其組合并不排除權利要求中所定義的那些步驟或元件之外的任何其他步驟或元件的存在。元件或步驟之前的定語“一個”并不排除多個這種元件或步驟的存在。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種信息載體，包括衍射層，由光敏聚合物制成，用于在由光源進行照射時傳遞散斑圖，空間濾光層，包括由光敏材料制成的二元掩模，用于傳遞來自散斑圖的濾光后光信號，所述空間濾光層相對于衍射層對準，和檢測層，用于將所述濾光后光信號轉換為電信號，密鑰由所述電信號產生。
2.根據權利要求1所述的信息載體，其中，檢測層由形成圖案化的光電材料制成。
3.根據權利要求1所述的信息載體，還包括間隔層，用于將衍射層與空間濾光層分開，所述間隔層的寬度大于光源的波長并小于衍射層的寬度。
4.一種用于讀取權利要求1所述的信息載體的設備，所述設備包括裝置，用于從由檢測層傳遞的電信號中計算密鑰，和裝置，用于基于所述密鑰解密包含在信息載體內的加密數據。
5.一種信息載體，包括衍射層，由光敏聚合物制成，用于在由光源進行照射時傳遞散斑圖，空間濾光層，包括由光敏材料制成的二元掩模，用于傳遞來自散斑圖的濾光后光信號，所述空間濾光層相對于衍射層對準。
6.根據權利要求5所述的信息載體，還包括間隔層，用于將衍射層與空間濾光層分開，所述間隔層的寬度大于光源的波長并小于衍射層的寬度。
7.一種用于讀取權利要求5所述的信息載體的設備，所述設備包括檢測器陣列，用于將所述濾光后光信號轉換為電信號，裝置，用于從所述電信號中計算密鑰，和裝置，用于從所述密鑰中解密包含在信息載體內的加密數據。
8.根據權利要求1所述的設備，其中，檢測器陣列由圖案化的光電材料制成。
9.一種用于讀取信息載體的設備，所述信息載體包括用于在由光源進行照射時傳遞散斑圖的衍射層，所述設備包括空間濾波器，用于傳遞來自散斑圖的濾光后光信號，所述空間濾波器包括由可逆光敏材料制成的二元掩模，從而，每次將信息載體插入到所述設備時創設所述二元掩模，檢測器陣列，用于將濾光后光信號轉換為電信號，裝置，用于從所述電信號中計算密鑰，和裝置，用于從密鑰中解密包含在信息載體內的加密數據。
10.一種制造權利要求1或5所述信息載體的方法，所述方法包括下述步驟全息曝光光敏聚合物層，以創建衍射結構，同時照射所述光敏聚合物層以聚合所述衍射結構，以及經過衍射結構照射光敏材料制成的層以形成具有二元掩模的空間濾波器所述二元掩模包括激活和非激活區域，當對于光源的給定波陣面由衍射結構傳遞的散斑圖的強度高于預定閾值時，激活所述光敏材料。
權利要求
1.一種用于信息載體的復制保護的系統，所述系統包括衍射層，用于在由光源進行照射時傳遞散斑圖，空間濾波器，其相對于衍射層對準，用于傳遞來自散斑圖的濾光啟光信號，檢測器陣列，用于在以所述濾光后的光信號進行照射時傳遞電信號，裝置，用于從電信號中計算密鑰，和裝置，用于從密鑰中解密包含在信息載體內的加密數據。
2.一種用在權利要求1所述的系統中的信息載體，所述載體包括衍射層，用于在由光源進行照射時傳遞散斑圖，空間濾光層，其相對于衍射層對準，用于傳遞來自散斑圖的濾光后光信號，檢測層，用于在以所述濾光后的光信號進行照射時傳遞電信號，密鑰由所述電信號產生。
3.一種用于讀取權利要求2所述的信息載體的設備，所述設備包括裝置，用于從由信息層所傳遞的電信號中計算密鑰，和裝置，用于從密鑰中解密包含在信息載體內的加密數據。
4.一種用在權利要求1所述的系統中的信息載體，所述載體包括衍射層，用于在由光源進行照射時傳遞散斑圖，空間濾光層，其相對于衍射層對準，用于傳遞來自散斑圖的濾光后光信號。
5.一種用于讀取權利要求4所述的信息載體的設備，所述設備包括檢測器陣列，用于在以所述濾光后的光信號進行照射時傳遞電信號，密鑰由所述電信號產生，裝置，用于從由信息層傳遞的電信號中計算密鑰，和裝置，用于從密鑰中解密包含在信息載體內的加密數據。
6.一種用于讀取信息載體的設備，所述信息載體包括用于在由光源進行照射時傳遞散斑圖的衍射層，所述設備包括空間濾波器，其相對于衍射層對齊，用于傳遞來自散斑圖的濾光后光信號，檢測器陣列，用于在以所述濾光后的光信號進行照射時傳遞電信號，密鑰由所述電信號產生，裝置，用于從由信息層傳遞的電信號中計算密鑰，和裝置，用于從密鑰中解密包含在信息載體內的加密數據。
7.一種用于讀取權利要求6所述的信息載體的設備，其中，空間濾波器由可逆的光敏材料制成，從而每次將信息載體插入到所述設備中時創設所述空間濾波器。
8.一種制造密鑰的方法，包括以下步驟全息曝光光敏聚合物層，以創建衍射結構，整片曝光所述光敏聚合物層以聚合所述衍射結構，以光源經過衍射結構照射第一光敏材料從而形成具有預定圖案的空間濾波器，當對于光源的給定波陣面由衍射結構傳遞的散斑圖的強度高于預定閾值時，激活所述光敏材料。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括以光源照射第二光敏材料來局部激活或去激活所述材料從而形成檢測器陣列的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種用于信息載體的復制保護的系統，所述系統包括衍射層，用于在由光源進行照射時傳遞散斑圖；空間濾波器，其與衍射層對準，用于傳遞來自散斑圖的濾光后光信號；和檢測器陣列，用于在以所述濾光后的光信號進行照射時傳遞電信號。所述系統還包括用于從電信號中計算出密鑰的裝置；和用于從密鑰中解密包含在信息載體內的加密數據的裝置。本發明可應用于光盤或智能卡之類的內容載體的復制保護。
文檔編號G11B7/24GK1781151SQ200480011581
公開日2006年5月31日 申請日期2004年4月16日 優先權日2003年4月29日
發明者R·庫特, R·亨德里克斯, L·巴克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司