CN111311700A - 一种利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法，包括：将预先选择的内标分子和光敏分子的溶剂按预设比例混合均匀；在镀膜后的基底表面吸附所述内标分子和所述光敏分子；利用激光照射基底表面吸附的所述内标分子和所述光敏分子，至少两次重复写入需要加密的信息；利用光谱二维成像技术或扫描成像技术，以内标分子和新分子的指纹谱为扫描对象利用低频激光扫描，得到内标分子和新分子的强度分布；重复扫描内标分子和新分子的强度分布成像，得出内标分子的平均强度分布和新分子的平均强度分布；获取新分子的平均强度分布与内标分子的平均强度分布的比值，根据该比值成像得到解密信息。

Description

一种利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，特别是关于一种利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法。

背景技术

近几年，信息加密技术或依赖对电子信号的加密，或对原有信息进行算法加密。但是，这些技术被大家熟知而相较而言容易被破解。随着对纳米技术领域的研究，有研究表明可以使用纳米刻蚀等方法微创基底平面来实现绘制图形。进而提出利用纳米技术进行信息加密读写。

运用纳米技术将加密信息写入载体(硅、石英、云母、金、银、铜、铝、玻璃和合金等等具有一定机械强度的硬质材料)的过程包括：基底预处理，镀膜，吸附光敏分子层，写入加密信息，覆盖截止层。对载体上的信息进行解密的过程包括：利用光谱二维成像(Image)技术或扫描成像(Mapping)技术，以预先确定的目标新分子的指纹谱为扫描对象利用低频激光扫描所述载体，得到所述新分子的特定排列，实现对所述信息的解密。

但是，目前利用纳米技术进行信息加密过程中仍存在如下缺点：

1、在抛光、清洗基底时，由于一些偶然因素，无法完全保证基底的平整，会导致基底表面分布的不均匀。使得在镀膜时，导致基底上薄膜的也不均匀，从而导致不同位置上薄膜的厚度高低不同，使其对分子的吸附性也有一定差异，会造成吸附分子时的不均匀。

2、在吸附光敏分子层时，由于基底的不均匀和选取的光敏分子与基底的浸润程度的问题，无法保证薄膜表面完全均匀地吸附光敏分子，这样可能会造成薄膜基底有的地方光敏分子浓度高，而有的地方光敏分子浓度低的情况。薄膜上光敏分子浓度不均匀，会导致写入加密信息时，薄膜上光敏分子浓度高的地方生成的新分子的浓度也偏高，薄膜上光敏分子浓度低的地方生成的新分子的浓度也偏低。对载体上的信息进行解密时，因为对新生成的分子进行扫描成像，新分子浓度高的地方相对的指纹谱强度大，新分子浓度低的地方相对的指纹谱强度小。由此得到有些写入加密信息的地方由于新分子强度偏低而造成解读时的误解，认为该扫描区与新分子强度强的地方相比，可以近似看成没有新生成的分子，导致最终解密出来的信息与最开始写入的加密信息有一定偏差。

浸润是液体在与固体接触时，沿固体表面扩展而相互附着的现象。在这里指光敏分子溶剂沿基底表面扩展的现象。浸润角度大，说明浸润程度不好，如一滴水在蜡质平面上则会保持水珠状态称为不浸润；浸润角度小，说明浸润程度好，如一滴水在干净的玻璃上会浸润而摊开。

3、在写入加密信息时，激光与光敏分子发生光催化，由于激光强度的波动和不稳定，会造成一些微干扰，导致写入加密信息时产生误差。若写入的加密信息为微米量级(也可称为介观，范围在毫米-微米量级)，存在不均匀或激光波动时，其影响可以忽略，仍可识别出加密信息的内容，介观的写入方式虽然方便，但其加密性并不强。由于写入的加密信息尺寸精细，为纳米量级(也可称为微观，范围在微米-纳米量级)，它的线宽、尺寸较小，这既是利用纳米技术进行信息加密读写方法的优点，同时也会带来一定的问题，那就是对基底的均匀度的要求、分子的均匀度要求、激光写入强度的稳定性、激光读取的时候其稳定性都要非常高，一点误差的存在，就会使本来的加密信息完全改变其内容。

如图1a示意出了一个微米量级的字符“N”，该字符在左上角的斜纹处A、右下角的圆点处B和左内侧的网纹处C三个位置出现了一定的缺陷，但并不妨碍利用纳米技术对信息进行读取。S为光敏分子层，使用针尖增强拉曼光谱技术进行信息读取，读取用的针尖增强拉曼光谱系统低频激光785nm激光。载体上根据生成的新分子的特征峰成像(特征峰用来标识特定分子)组合生成“N”字。其中，斜纹处A的缺陷可认为是由基底镀膜的高度分布不均匀造成的；网纹处C的缺陷可认为是由于吸附光敏分子层时分子浓度的不均匀造成的分子分布不均匀；圆点处B的缺陷可认为是由于激光在催化或读取时的不稳定或波动造成的写入或读取错误。最终读写出的信息为图1b所示，虽然对最终读写出来加密信息并无太大的影响，但有一定的缺陷。

当加密信息为纳米量级时，这种缺陷就会严重影像信息的传递。如图2a所示，S为光敏分子层，写入信息为一个纳米量级的字符“N”，该字符的线宽和尺寸较小，若是出现了同图1a中所示的A、B、C三处缺陷，则会产生断点，变成类似于如图2b所示的“！\1”的形状，这样则改变了原有的加密信息，使得加密读取信息有误。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本发明提供一种利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法，包括：

步骤一，将预先选择的内标分子和光敏分子的溶剂按预设比例混合均匀；所述内标分子与所述光敏分子的吸附特性和与基底的浸润程度的差异在预设范围内，所述内标分子不易变性，完全溶于所述溶剂，不与所述光敏分子反应，所述内标分子指纹谱上特征峰的位置与所述光敏分子和生成的目标新分子的特征峰的位置的距离在预设范围内且相对独立；

步骤二，在镀膜后的基底表面吸附所述内标分子和所述光敏分子；其中，所述光敏分子对特定频率以上的光发生反应生成所述新分子，对于低于所述特定频率的光不发生反应；

步骤三，利用激光照射基底表面吸附的所述内标分子和所述光敏分子，激光的光斑为纳米尺度，受到激光照射的光敏分子反应生成所述新分子，根据需要加密的信息控制激光的移动，将需要加密的信息转换为所述新分子的特定排列，并至少两次重复写入需要加密的信息；

步骤四，利用光谱二维成像技术或扫描成像技术，以内标分子和新分子的指纹谱为扫描对象利用低频激光扫描，得到内标分子和新分子的强度分布；

步骤五，重复扫描M次内标分子和新分子的强度分布成像，分别得到内标分子的强度分布I_C1…I_CM和新分子的强度分布I_B1…I_BM，得出内标分子的平均强度分布

和新分子的平均强度分布

所述M≥2；

步骤六，获取新分子的平均强度分布I_B与内标分子的平均强度分布I_C的比值，根据该比值成像得到解密信息。

可选的，所述根据该比值成像得到解密信息包括：若所述比值大于预设阈值，则成像，否则不予成像。

可选的，所述根据该比值成像得到解密信息包括：

选取M次内标分子和新分子的强度分布成像中的峰值，分别得到峰值的强度平均值I_CP和I_BP，计算得到I_T＝I_BP/I_CP；

若所述比值大于等于I_T则成像，否则不予成像。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

对利用纳米技术对信息加密读写的过程进行纠错，使加密信息读取误差更小，精确度更高，使对信息加密读写的过程更加具有应用价值。

附图说明

图1a为待读写的加密信息的示意图；

图1b为利用现有纳米技术将图1a中的加密信息读写出来后的示意图；

图2a为待加密信息的示意图；

图2b为利用现有纳米技术将图2a中的待加密信息加密后的示意图。

图3是本实施例提供的利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本实施例提供一种利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法，减少加密和解密过程中的误差，增加解密过程的准确性，保证解密出来的信息可以最大程度上还原加密信息的内容。如图3所示，该方法包括：

步骤301，将预先选择的内标分子和光敏分子的溶剂按预设比例混合均匀。所述内标分子与所述光敏分子的吸附特性和与基底的浸润程度的差异在预设范围内，所述内标分子不易变性，完全溶于所述溶剂，不与所述光敏分子反应，所述内标分子指纹谱上特征峰的位置与所述光敏分子和生成的目标新分子的特征峰的位置的距离在预设范围内且相对独立。

其中，将预先选择的内标分子和光敏分子的溶剂按一定比例混合(例如2：1混合)，并用搅拌机搅拌使所述的内标分子和光敏分子的溶剂混合均匀。

要求选取内标分子的吸附特性和与基底的浸润程度应与选取的光敏分子的相关特性很相近，且不会随光频率、电压、温度、时间的改变而发生反应(不会遇光、遇热发生化学反应)，可以长时间保存，不变性。内标分子应是该溶剂中不存在的纯物质；它必须完全溶于溶剂中，且不与选取的光敏分子反应，也不与自身发生反应，化学性质稳定；加入内标分子的量应接近于光敏分子的量；内标分子指纹谱上特征峰的位置应与光敏分子和生成的目标新分子的峰的位置相近；且内标分子的特征峰相对较少，并可以与溶剂中的光敏分子和生成的目标新分子的指纹谱上的特征峰能完全分离，在光谱图上可以相对独立。

由于不同内标分子与基底浸润的程度不同，会导致吸附光敏分子和内标分子层时的分子浓度不均匀，这里应选取与基底之间的浸润度较好的内标分子和光敏分子。其中，浸润是液体在与固体接触时，沿固体表面扩展而相互附着的现象。在这里指光敏分子溶剂沿基底表面扩展的现象。浸润角度大，说明浸润程度不好，如一滴水在蜡质平面上则会保持水珠状态称为不浸润；浸润角度小，说明浸润程度好，如一滴水在干净的玻璃上会浸润而摊开。

步骤302，在镀膜后的基底表面吸附所述内标分子和所述光敏分子。其中，所述光敏分子对特定频率以上的光发生反应生成所述新分子，对于低于所述特定频率的光不发生反应。

可以利用气相沉积方式、旋转涂抹方式或者将镀膜后的基底浸泡入混合均匀的内标分子和光敏分子的溶剂中，然后置于暗室干燥的方式，在薄膜表面均匀吸附所述内标分子和光敏分子；光敏分子对特定频率以上的光发生反应生成新分子，对于低于所述特定频率的光不发生反应。

步骤303，利用激光照射基底表面吸附的所述内标分子和所述光敏分子，激光的光斑为纳米尺度，受到激光照射的光敏分子反应生成所述新分子，根据需要加密的信息控制激光的移动，将需要加密的信息转换为所述新分子的特定排列，并至少两次重复写入需要加密的信息。

例如，在暗室环境下，使用扫描近场光学显微镜或针尖增强拉曼光谱、或者直接使用具有纳米尺寸光斑的激光照射光敏分子进行信息写入，调节激光频率至特定频率以上，诱导探针下方纳米级区域或所述纳米尺寸光斑范围的分子反应生成所述新分子；根据需要加密的信息确定探针或光斑的移动轨迹，并进行M次重复，使得生成的新分子构成特定的加密数字、文字或图案信息。其中，该纳米尺寸指的是以纳米为单位计量的尺寸，包括几个纳米至数百纳米的计量范围。

根据选取的写入方式不一样，反应的分子区域的精细度也不一样，对于含有探针的针尖增强拉曼光谱技术或扫描近场光学显微镜等写入技术，探针的曲率半径越小，绘制的数字、文字或图案线条约精细清晰。

在写入信息后覆盖截止层，防止信息被污染。

步骤304，利用光谱二维成像技术或扫描成像技术，以内标分子和新分子的指纹谱为扫描对象利用低频激光扫描，得到内标分子和新分子的强度分布。

利用光谱二维成像(Image)技术或扫描成像(Mapping)技术，以所述内标分子和新分子的指纹谱为扫描对象利用所述低频激光扫描所述载体，得到所述内标分子和新分子强度分布成像。

采用光谱二维成像(Image)技术或扫描成像(Mapping)技术包括：逐点扫描成像(Mapping)、拉曼直接整体成像(True Raman Imaging)、快速大面积拉曼成像(StreamLine)等拉曼光谱成像技术；红外光谱成像技术；拉曼扫描成像技术；扫描近场光学显微镜扫描成像技术或针尖增强拉曼光谱扫描成像技术等方法。光谱二维成像(Image)技术或扫描成像(Mapping)技术可以将看不见的光谱信息转换为可视的图像，并能直接看出不同指纹谱的分子分布。

使用激光时为小于特定频率或大于特定波长的激光。

步骤305，重复扫描M次内标分子和新分子的强度分布成像，分别得到内标分子的强度分布I_C1…I_CM和新分子的强度分布I_B1…I_BM，得出内标分子的平均强度分布

和新分子的平均强度分布

所述M≥2。

例如，取M＝3，扫描3次内标分子的强度和新分子强度分布成像，分别得到内标分子的强度I_C1、I_C2、I_C3，和新分子强度I_B1、I_B2、I_B3.由计算平均值的算法，得出光敏分子的平均强度

新分子的平均强度

所分别对应的分布成像。

多次扫描求平均，以减少读取时由于激光的波动和不稳定造成的误差。

步骤306，获取新分子的平均强度分布I_B与内标分子的平均强度分布I_C的比值，根据该比值成像得到解密信息。成像得到对应的加密数字、文字或图案，实现对所述解密信息的纠错。

所述比值可以表征光敏分子转化为新分子的转化率，转化率越大则越表示该位置为信息写入位置，应当被成像。一般转换率越大，对应比值图像上的强度越大。

确定选取的对应内标分子、光敏分子以及目标新分子的指纹谱(包括拉曼光谱、红外光谱)。基于其特征峰，可以通过光谱二维成像(Image)技术或扫描成像(Mapping)技术(包括拉曼扫描成像技术、扫描近场光学显微镜扫描成像技术或针尖增强拉曼光谱扫描成像技术等方法)拟合得到扫描区处对应光敏分子的强度I_A所对应的图像，生成的新分子的强度I_B所对应的图像，内标分子的强度为I_C所对应的图像。

选取的光敏分子反应生成目标新分子的转化率算法为

这样，用反应生成目标新分子强度与内标分子强度之比的成像以确定目标分子的特定排列，来绘制出对应的加密数字、文字或图案。

经过纠错得到的图像可与直接解密得到的图像相比较，以实现纠正的作用。

由此可以避免由于吸附光敏分子操作时的浓度不均匀，造成的新分子的强度不统一，而带来的解密时出现的错误。

采用本发明实施例提供的纠错方法有如下优点：

1、引入第三方分子(内标分子)作为光敏分子转换率的参比物，使转换率的比值相较一级纠错更准确。

2、写入加密信息时，以避免激光波动或是长时间工作时激光功率不稳定所带来的写入误差，采用多次写入求平均的方法，在相同地方写入相同加密信息M次，使写入的加密信息更准确。

3、多次扫描求平均，以减少写入和读取时由于激光的波动或是激光功率不稳定造成的误差。

4、带入内标法的算法公式，二级纠错方法由此可以避免由于基底的不均匀或是吸附光敏分子操作时的分子浓度不均匀等偶然因素，造成的读取新分子的强度不统一，而带来的解密时出现的错误，实现对所述信息的解密纠错，并保持其准确性。

结合光敏技术和光谱检测实现对加密信息的解密和纠错，使破解加密信息的难度高，误差小，精确度强，使对信息加密读写的过程更加具有应用价值，更完整。具有较强的科研及应用价值。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法，其特征在于，包括：

步骤一，将预先选择的内标分子和光敏分子的溶剂按预设比例混合均匀；所述内标分子与所述光敏分子的吸附特性和与基底的浸润程度的差异在预设范围内，所述内标分子不易变性，完全溶于所述溶剂，不与所述光敏分子反应，所述内标分子指纹谱上特征峰的位置与所述光敏分子和生成的目标新分子的特征峰的位置的距离在预设范围内且相对独立；

步骤二，在镀膜后的基底表面吸附所述内标分子和所述光敏分子；其中，所述光敏分子对特定频率以上的光发生反应生成所述新分子，对于低于所述特定频率的光不发生反应；

步骤三，利用激光照射基底表面吸附的所述内标分子和所述光敏分子，激光的光斑为纳米尺度，受到激光照射的光敏分子反应生成所述新分子，根据需要加密的信息控制激光的移动，将需要加密的信息转换为所述新分子的特定排列，并至少两次重复写入需要加密的信息；

步骤四，利用光谱二维成像技术或扫描成像技术，以内标分子和新分子的指纹谱为扫描对象利用低频激光扫描，得到内标分子和新分子的强度分布；

步骤五，重复扫描M次内标分子和新分子的强度分布成像，分别得到内标分子的强度分布I_C1…I_CM和新分子的强度分布I_B1…I_BM，得出内标分子的平均强度分布

和新分子的平均强度分布

所述M≥2；

步骤六，获取新分子的平均强度分布I_B与内标分子的平均强度分布I_C的比值，根据该比值成像得到解密信息。

2.根据权利要求1所述的利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法，其特征在于，所述根据该比值成像得到解密信息包括：若所述比值大于预设阈值，则成像，否则不予成像。

3.根据权利要求1所述的利用纳米技术对信息加密读写进行纠错的方法，其特征在于，所述根据该比值成像得到解密信息包括：

选取M次内标分子和新分子的强度分布成像中的峰值，分别得到峰值的强度平均值I_CP和I_BP，计算得到I_T＝I_BP/I_CP；

若所述比值大于等于I_T则成像，否则不予成像。

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