制造螺旋物理不可克隆功能的方法和设备

摘要

公开了用于制造具有螺旋物理不可克隆功能的用于成像设备的供应物品的方法。螺旋物理不可克隆功能可以被用于认证用于成像设备的供应物品。对在螺旋刮片上方磁场的测量结果被存储在非易失性存储器中以由成像设备用来认证供应物品。公开了其他系统和方法。

权利要求

1.一种通过包括以下步骤的过程来进行制备的用于图像形成设备的供应物品：获得主体；

获得具有螺旋刮片的螺旋钻，所述螺旋刮片具有磁化颗粒，所述磁化颗粒在所述螺旋刮片上方产生具有变化强度的磁场；

获得非易失性存储器设备；

将所述非易失性存储器设备附接到所述主体；

将所述螺旋钻可旋转地附接到所述主体；

通过测量沿着所述螺旋刮片的一部分的所述磁场的强度来创建测量阵列；

由所述测量阵列产生数字签名；以及在所述非易失性存储器设备中存储所述测量阵列和所述数字签名。

2.一种制造用于图像形成设备的供应物品的方法，包括：获得主体；

获得具有螺旋刮片的螺旋钻，所述螺旋刮片具有磁化颗粒，所述磁化颗粒在所述螺旋刮片上方产生具有变化强度的磁场；

获得非易失性存储器设备；

将所述非易失性存储器设备附接到所述主体；

将所述螺旋钻可旋转地附接到所述主体；

通过测量沿着所述螺旋刮片的一部分的所述磁场的强度创建测量阵列；

由所述测量阵列产生数字签名；以及在所述非易失性存储器设备中存储所述测量阵列和所述数字签名。

说明书

制造螺旋物理不可克隆功能的方法和设备

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 下列申请是相关的并且是同时提交的：“MAGNETIC  HELICAL  PHYSICAL UNCLONABLE FUNCTION MEASURED ABOVE FLIGHT”、“MAGNETIC HELICAL PHYSICAL UNCLONABLE FUNCTION MEASURED ADJACENT TO FLIGHT”、“MANUFACTURING A HELICAL PHYSICAL UNCLONABLE FUNCTION”。

[0003] 背景

[0004] 1.公开领域

[0005] 本公开总体上涉及防伪系统，并且更具体地涉及物理不可克隆功能。

[0006] 2.相关技术的描述

[0007] 诸如墨粉瓶的伪造打印机用品对消费者来说是一个问题。伪造用品可能性能差并可能损坏打印机。打印机制造商使用认证系统来阻止伪造者。物理不可克隆功能(PUF)是一种实现物理单向功能(physical one-way function)的认证系统。理想情况下，PUF不能被完全复制，且因此很难被伪造。因此，最大化复制PUF的难度以阻止伪造者是有利的。也有利于使 PUF和PUF读取器的成本降低。

[0008] 概述

[0009] 本发明在其一种形式中涉及通过包括以下步骤的过程进行制备的用于图像形成设备的供应物品：获得主体；获得具有螺旋刮片的螺旋钻，螺旋刮片具有在刮片上方产生具有变化强度的磁场的磁化颗粒；获得非易失性存储器设备；将非易失性存储器设备附接到主体；将螺旋钻可旋转地附接到主体；通过测量沿着螺旋刮片的一部分的磁场的强度来创建测量阵列；由测量阵列产生数字签名；以及在非易失性存储器设备中存储测量阵列和数字签名。

[0010] 本发明在其另一形式中涉及制造用于图像形成设备的供应物品的方法，包括：获得主体；获得具有螺旋刮片的螺旋钻，螺旋刮片具有在刮片上方产生具有变化强度的磁场的磁化颗粒；获得非易失性存储器设备；将非易失性存储器设备附接到主体；将螺旋钻可旋转地附接到主体；通过测量沿着螺旋刮片的一部分的磁场的强度来创建测量阵列；由测量阵列产生数字签名；以及在非易失性存储器设备中存储测量阵列和数字签名。

[0011] 附图简述

[0012] 被纳入在说明书中而且构成说明书的一部分的附图图示了本公开的若干方面，并且和说明书一起用以解释本公开的原理。

[0013] 图1是根据一个示例实施例的包括图像形成设备的成像系统的框图。

[0014] 图2是螺旋PUF的俯视图。

[0015] 图3是PUF读取器的侧视图。

[0016] 图4是具有螺旋PUF的用于成像设备的供应物品的俯视图。

[0017] 图5是螺旋刮片上方磁场强度的曲线图。

[0018] 图6是用于产生数字签名的示例值。

[0019] 图7是螺旋PUF的俯视图。

[0020] 图8是螺旋PUF的剖视图。

[0021] 图9是螺旋PUF的剖视图。

[0022] 图10、图11、和图12是螺旋PUF的俯视图。

[0023] 图13是螺旋PUF的俯视图。

[0024] 图14是螺旋PUF的俯视图。

[0025] 图15是具有螺旋PUF的用于成像设备的供应物品的俯视图。

[0026] 图16是制造用于成像设备的供应物品的方法的流程图。

[0027] 详细描述

[0028] 在以下的描述中，参考了附图，其中相似的数字代表相似的元素。实施例被充分详细描述，以使得本领域技术人员能够实施本公开。将了解到的是，其它实施例亦可被利用，并且过程、电的、以及机械的改变等等都可进行，而不脱离本公开的范围。示例只是代表可能的变化。某些实施例的部分及特征可以被包括在其它实施例中或是代替其他实施例的部分及特征。因此，以下的描述不应该被视为限制性的涵义，并且本公开的范围仅由所附的权利要求及其等同物来进行界定。

[0029] 参照附图而且特别参照图1，其显示了根据一个示例实施例的成像系统50的框图的描述。成像系统50包括图像形成设备100以及计算机60。图像形成设备100经由通信链路70与计算机60通信。如本文所用的，术语“通信链路”一般是指促使在多个组件之间的电子通信的任何结构，并且其可以利用有线技术或无线技术来操作，并且可以包括通过互联网进行的通信。

[0030] 在图1中所示的示例实施例中，图像形成设备100是多功能设备(有时被称为一体化(AIO)设备)，其包括控制器102、用户界面104、打印引擎110、激光扫描单元(LSU)112、一个或更多个墨粉瓶或匣200、一个或更多个成像单元300、定影器120、介质装填系统130以及介质输入托盘140、以及扫描器系统150。图像形成设备100可经由标准通信协议 (诸如，例如通用串行总线(USB)、以太网或IEEE 802.xx)与计算机60 通信。图像形成设备100例如可以是包含集成的扫描器系统150的电子照相的打印机/复印机或独立的电子照相的打印机。

[0031] 控制器102包括处理器单元和相关联的存储器103，并且可以形成为一个或更多个专用集成电路(ASIC)。存储器103可以是任何易失性的或非易失性的存储器或其组合，诸如，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存和/或非易失性RAM(NVRAM)等。可选地，存储器103可以是以下形式：独立的电子存储器(例如，RAM、ROM、和/或 NVRAM)、硬盘驱动器、CD或DVD驱动器，或可以是任何便于与控制器102一起使用的存储器设备。控制器102例如可以是组合的打印机及扫描器控制器。

[0032] 在所示出的示例实施例中，控制器102经由通信链路160与打印引擎 110通信。控制器102经由通信链路161与成像单元300以及每个成像单元300上的处理电路301通信。控制器102经由通信链路162与墨粉匣200 以及每个墨粉匣200上的非易失性存储器201通信。控制器102经由通信链路163与定影器120和在其上的处理电路121通信。控制器102经由通信链路164与介质装填系统130通信。控制器102经由通信链路165与扫描器系统150通信。用户界面104经由通信链路166通信地耦合至控制器 102。处理电路121和301可以包括处理器和相关联的存储器，例如RAM、 ROM、和/或非易失性存储器，并且可以分别提供与定影器
120、墨粉匣 200和成像单元300相关的认证功能、安全和操作互锁、操作参数和使用信息。
控制器102处理打印和扫描数据，并且在打印期间操作打印引擎110 以及在扫描期间操作扫描器系统150。

[0033] 计算机60(可选的)例如可以是个人计算机，其包括例如RAM、ROM、和/或NVRAM的存储器62、例如键盘和/或鼠标的输入设备64、以及显示监视器66。计算机60还包括处理器、输入/输出(I/O)接口，并且可包括至少一个大容量数据存储设备，例如硬盘驱动器、CD-ROM和/或DVD单元(未示出)。除了个人计算机之外，计算机60还可以是能够和图像形成设备100通信的设备，例如，诸如平板电脑、智能手机、或者其它电子设备。

[0034] 在示出的示例实施例中，计算机60在其存储器中包括软件程序，其包括作为用于图像形成设备100的成像驱动器68的程序指令(例如打印机/扫描器驱动软件)。成像驱动器68经由通信链路70与图像形成设备100 的控制器102通信。成像驱动器68便于在图像形成设备100与计算机60 之间的通信。例如，成像驱动器68的一个方面可以将格式化的打印数据提供给图像形成设备100，并且更特别地，提供给打印引擎110，以打印图像。例如，成像驱动器68的另一方面可以便于从扫描器系统150收集扫描的数据。

[0035] 在某些情况中，可能期望的是在独立模式中操作图像形成设备100。在独立模式中，图像形成设备100能够在没有计算机60的情况下运行。因此，成像驱动器68的全部或一部分，或类似的驱动器，可以位于图像形成设备100的控制器102中，以便在以独立模式操作时适应打印和/或扫描功能。

[0036] 图像形成设备100的若干组件是用户可更换的，例如墨粉匣200、定影器120、和成像单元300。防止伪造这些用户可更换的组件是有利的。如下所述，PUF 202可以被附接到墨粉匣200上以防止伪造。PUF读取器 203可以被集成到图像形成设备100中以验证PUF 202的真实性。与PUF 202相关的数据可以驻留在非易失性存储器201中。

[0037] 图2示出了PUF 202，其具有围绕轴杆212缠绕的螺旋刮片210。螺旋刮片210和轴杆212可以是一个集成的部分。可选地，它们可以是附接在一起的两个独立的部分。PUF 202具有从PUF 202的每一个端部横向延伸的一对圆柱形支撑件214、216。在操作中，PUF 202围绕旋转轴线218 旋转。圆柱形支撑件214、216、轴杆212、和螺旋刮片210以旋转轴线为中心。螺旋刮片210可以被称为螺旋钻，并且螺旋刮片210可以被称为螺旋提升(spiral)刮片。

[0038] 螺旋刮片210包含在螺旋刮片210的顶表面220上方产生磁场的磁化颗粒。磁化颗粒例如是钕、铁和硼的合金(NdFeB)的薄片。轴杆212可以包含磁化颗粒以增加磁场的复杂性。PUF 202可以位于用于图像形成设备的供应物品(例如墨粉匣200)的主体上。当墨粉匣200位于图像形成设备100中时，PUF 202与PUF读取器203对接，PUF读取器203包含安装到印刷电路板(PCB)224的磁场传感器222。PCB 224还具有定位销 226。

[0039] 图3示出了PUF读取器203的侧视图，其包括磁场传感器222、PCB 224、和定位销226。定位销226比磁场传感器222高。当PUF读取器203 与PUF 202接合时，优选地，定位销
226骑在轴杆212上，并且磁场传感器222位于螺旋刮片210上方而不接触螺旋刮片210。定位销材料和形状可以被选择成最小化抵靠PUF 202的阻力。可选地，磁场传感器222可以骑在螺旋刮片210上。PUF读取器203被安装成使得其可以在顺应性方向310上自由移动，优选地，顺应性方向310相对于旋转轴线218是径向的。优选地，PUF读取器203被弹簧偏压抵靠在轴杆212上。这种安装顺应性有助于适应在PUF 202和PUF读取器203之间的机械和位置公差，这提高了可靠性并降低了制造成本。磁场传感器222可以进行相对于旋转轴线218 径向的(即平行于顺应性方向310的)测量。磁场传感器222可以进行平行于旋转轴线218(即垂直于顺应性方向310的)的测量。磁场传感器222 可以在三个正交方向上进行测量。

[0040] 定位销226被偏压抵靠在螺旋刮片210的侧表面230上。磁场传感器 222跟随沿着螺旋刮片210的一部分的测量路径228。测量路径228在距侧表面230固定距离处。在磁场传感器222和定位销226之间的距离以及在PUF读取器203和螺旋刮片210之间的角度确定该固定距离。

[0041] 在操作中，PUF读取器203平行于旋转轴线218移动。定位销226抵靠侧表面230进行推压，导致PUF 202围绕旋转轴线218旋转。由于定位销226保持与侧表面230接触，测量路径228的位置准确度将是极好的。这很重要，因为少量横向偏移测量路径228可能会完全地改变由磁场传感器222看到的磁场。螺旋PUF 202优于线性PUF，因为读取PUF的PUF 读取器的平移也保持了PUF读取器相对于PUF的位置。优选地，磁场传感器222和定位销226被对准成平行于旋转轴线218，以防止伪造者用线性PUF代替螺旋PUF 202，因为定位销226将磁场传感器222提升到在线性PUF上方太远。

[0042] 螺旋刮片210具有螺旋角度232。优选地，螺旋角度232在三十度和六十度之间，包括三十度和六十度。如果螺旋角度232小于三十度，则PUF 202可能会被束缚而不能旋转。如果螺旋角度232大于六十度，则PUF 202 可能无法保持在定位销226和侧表面230之间的接触。优选地，螺旋角度 232小于六十度，因此对于给定PUF长度可以提供最大螺旋刮片长度，因为较长的PUF比较短的PUF更难复制。

[0043] 图4示出了位于用于成像设备的供应物品(例如墨粉匣200)上的螺旋PUF 202。墨粉匣200具有用于容纳墨粉的主体410。螺旋PUF 202通过环绕圆柱形支撑件214、216的轴承412、414可旋转地被安装到主体上。非易失性存储器201也位于主体410上，并被安装到具有一列电接触焊盘 418的PCB 416上。非易失性存储器201可以包含对应于沿着测量路径228 的一部分的磁场的强度的数字阵列。非易失性存储器201还可以包含由数字阵列产生的数字签名。为了克隆墨粉匣，伪造者必须要么复制真正的螺旋PUF并且还复制随附的非易失性存储器，这很困难，要么伪造者必须创建伪造的螺旋PUF并且还创建对应于伪造PUF的正确签名的测量阵列，这也很困难。因此，墨粉匣200被防止被伪造。

[0044] 图5示出了沿着测量路径228的一部分的示例磁场的强度510的曲线图500。数字阵列512对应于沿着路径以规则间隔测量的磁场强度，如曲线图上虚线514所示。优选地，数字阵列512是整数，以简化处理。或者，数字阵列可以是例如浮点。图5和图6中的数字是十六进制格式。

[0045] 图6示出了从数字阵列512产生数字签名的示例。用于产生数字签名的其它算法在本领域中是已知的。控制器102使用数字签名来验证非易失性存储器中的PUF数据是可信的。墨粉匣的序列号610和数字阵列512被组合以形成消息612。优选地，消息被加密。可选地，消息可以是不加密的。对于该示例，使用AES-CBC(见，例如，由互联网协会(2003年) 出版的RFC3602“The AES-CBC Cipher Algorithm and Its Use with IPsec”，和NIST(National Institute of Standards)文件FIPS-197(用于AES)和 SP800-38A(用于CBC)。如本领域已知，AES密钥614和CBC初始化向量(IV)616被用于产生加密消息618。在该示例中，为了对加密消息618 签名，首先对消息进行散列，然后利用包括公钥622的非对称密钥对的私钥620对散列进行加密。本示例如本领域已知的使用SHA-512散列算法和利用P-512曲线密钥的椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)。其他算法在本领中是已知的。加密消息618的SHA-512散列624被用于产生ECDSA P-512数字签名626。签名626和加密消息618被存储在非易失性存储器 201中。图像形成设备100可以使用加密消息618中的数字阵列512来验证螺旋PUF 202的真实性，并且图像形成设备100可以使用数字签名626 来验证数字阵列512的真实性。以这种方式，图像形成设备100可以验证墨粉匣200的真实性。

[0046] 图7示出了螺旋PUF 202。图8示出了沿着横截面线710切割的螺旋 PUF 202的横截面视图。在该示例中，轴杆212和螺旋刮片210是被附接在一起的两个独立的部分。螺旋刮片210包含磁化颗粒810、812，其在顶表面220上方并相邻于侧表面230产生磁场。螺旋刮片210具有矩形横截面。侧表面230是平面，这提高了定位销226的定位公差。图9示出了具有半圆形横截面的螺旋刮片210的可选实施例。侧表面230是曲面，这减少了在定位销226和螺旋刮片210之间的摩擦。可以使用其它螺旋刮片横截面，例如三角形等。

[0047] 图10示出了螺旋PUF 1002的可选实施例。螺旋刮片是轴杆1010，其具有围绕轴杆1010缠绕的螺旋通道1050。轴杆1010包含磁化颗粒，其在轴杆1010上方产生具有变化强度的磁场。螺旋通道1050具有第一侧表面 1030。螺旋PUF 1002被配置为围绕旋转轴线1018旋转。一对圆柱形支撑件1014、1016、轴杆1010、和螺旋通道1015以旋转轴线为中心。

[0048] 在操作中，PUF读取器203的定位销226抵靠第一侧表面1030推压，导致磁场传感器222沿着螺旋通道1050的长度的一部分跟随第一测量路径1028。第一测量路径1028在距离侧表面1030第一固定距离1052处。在该示例中，PUF读取器203从右向左移动。图11示出了当PUF读取器 203从左向右移动时的螺旋PUF 1002。定位销226抵靠螺旋通道1050的第二侧表面1054推压，导致磁场传感器222跟随第二测量路径1129，第二测量路径1129位于距第一侧表面1030第二固定距离1156处。第二固定距离1156比第一固定距离1052短。因此，具有单个PUF读取器203的单个螺旋PUF 1002可以通过使PUF读取器203的行进方向交替来测量两个不同的测量路径。这使得伪造螺旋PUF 1002更加困难，因为必须复制两个测量路径。在操作中，优选地，PUF读取器203最初至少移动螺旋通道间距1157，以确保定位销226落入螺旋通道中。然后，PUF读取器203在相反方向上移动至少等于螺旋通道间距的距离，因为移动PUF读取器203 的致动器将被设计成至少行进该距离。

[0049] 图12示出了可选的PUF读取器1203，其可以沿着两个测量路径1028、 1228同时进行测量。PUF读取器1203具有位于定位销1226相对侧上的两个磁场传感器1222、1223。

[0050] 图13示出了螺旋PUF 1302的可选实施例。螺旋通道1350围绕具有磁化颗粒的轴杆进行缠绕。螺旋通道1350以在左端部处的止动件1366和在右端部处的第二止动件1368终止。在操作中，PUF读取器203可以沿着螺旋PUF 1302从左向右横向移动，直到定位销226击中止动件1368。控制器102可以通过监测到移动PUF读取器203的电机的驱动电流来检测该事件。当检测到该事件时，控制器102知道PUF读取器203相对于PUF 1302处于原始位置。知道这一点，有助于控制器102将沿测量路径测量的数据与存储在墨粉匣非易失性存储器中的数据对准。第二原位置可以在止动件1366处。

[0051] 图14示出了测量相邻侧表面1030的磁场的可选的PUF读取器1472。 PUF读取器1472具有磁场传感器1470，其测量垂直于侧表面1030以及平行于侧表面的磁场的强度。PUF读取器1472用一对间隔物1474、1476触碰侧表面1030。在操作上，PUF读取器1472平行于旋转轴线移动，以测量螺旋通道1050的长度的一部分。

[0052] 图15示出了用于成像设备的供应物品(例如墨粉匣1500)的可选实施例。墨粉匣1500具有用于容纳墨粉的主体1505。螺旋PUF 1502被配置为沿着位于螺旋PUF 1502的旋转轴线1518上的驱动轴杆1580横向滑动。驱动轴杆1580可以由耦合到位于成像设备100中的电机的驱动齿轮1584 转动。螺旋PUF 1502通过轴承1512、1515可旋转地被安装到主体
1505。驱动轴杆1580具有平坦区域1582，该平坦区域为驱动轴杆1580提供“D”形横截面，即驱动轴杆1580是D轴杆。螺旋PUF 1502具有围绕旋转轴线 1518的“D”形孔，该“D”形孔大于驱动轴杆1580的横截面。因此，当驱动轴杆1580旋转时，螺旋PUF 1502将旋转，并且螺旋PUF 
1502沿着平行于旋转轴线的驱动轴杆1580自由横向滑动。

[0053] 螺旋PUF 1502具有螺旋刮片1510和螺旋通道1550。螺旋刮片1510 包含磁化颗粒，其产生与螺旋刮片1510相邻的磁场。位于成像设备100 中的PUF读取器1503具有定位销1526和磁场传感器1522。PUF读取器 1503被固定地安装到成像设备100。在操作上，驱动轴杆1580的旋转导致螺旋刮片1510的侧表面接触定位销1526，这导致螺旋PUF 1502沿着驱动轴杆1580横向滑动。磁场传感器1522读取沿着螺旋刮片的长度的一部分的磁场的强度，并且控制器102将测量的磁场与存储在被安装到主体 1505的非易失性存储器1501中的数字阵列进行比较。可选地，磁场传感器可以位于螺旋通道1550中并沿着侧表面进行测量。该实施例简化了PUF 读取器1503的安装，因为PUF读取器1503不需要沿螺旋PUF 1502横向平移的机构。

[0054] 优选地，定位销1526被定位成偏离旋转轴线1518，以提供螺旋PUF 1502上相对于驱动轴杆1580的扭矩。该扭矩增加了在螺旋PUF 1502和驱动轴杆1580之间的摩擦，以确保在定位销1526和螺旋刮片1510之间的连续接触。

[0055] 图16示出了根据一个实施例制造用于成像设备的供应物品的方法的示例实施例。方法1600创建难以伪造的供应物品。

[0056] 在框1610，获得主体。主体可以例如适于容纳用于成像设备的墨粉。在框1612，获得螺旋钻。螺旋钻具有螺旋刮片，螺旋刮片具有磁化颗粒，磁化颗粒在刮片上方产生具有变化强度的磁场。在框1614，获得非易失性存储器设备。在框1616，将非易失性存储器设备附接到主体。在框1618，螺旋钻可旋转地被附接到主体。

[0057] 在框1620，通过测量沿着螺旋刮片的一部分的磁场的强度来创建测量阵列。在框1622，由测量阵列产生数字签名。在框1624，测量阵列被存储在非易失性存储器设备中，并且数字签名被存储在非易失性存储器设备中。这些框可以以交替顺序被执行。

[0058] 以上的描述示出了本公开的各个方面和示例。其并非旨在穷举。而是，其被选择以示出本公开的原理以及其实际的应用，以使得本领域中的普通技术人员能够利用本公开，包括其各种自然而得的修改。所有的修改及变化被认为是在由所附的权利要求所确定的本公开的范围内。相对明显的修改包括将各种实施例的一个或更多个特征与其它实施例的特征进行组合。