导读
近日，来自中山大学、新加坡国立大学和香港城市大学的研究团队发展出了一种基于结构微扰（微小变化）的纳米隐写术，能够将信息近完美地隐藏在伪装图像中，且其自带的自我反监察功能可以显示隐藏的信息是否被第三方窃取过。该研究工作以“Perturbative countersurveillance metaoptics with compound nanosieves”为题于2019年11月15日发表在《Light: Science & Applications》上。
信息安全是一个关系到国家安全和主权、商业利益、社会稳定以及个人切身利益的重大问题，而隐写术作为一门关于信息隐藏的艺术，自古以来便是信息安全防护中最重要的策略之一。它通过将信息隐藏进一个不引人注意的无关伪装中，来隐藏重要的信息，从而实现隐秘的信息存储与传输。历史上的隐形墨水法、微点隐写术，都在国家间的信息安全和商标防伪等领域取得了广泛应用。然而近几十年来，物理隐写术发展缓慢，其实用性和可靠性日益受到威胁。该领域的核心困难在于：一方面传统物理隐写术中的信息记录手段受限于微米级别的空间分辨率，其信息容量较小；另一方面，物理隐写术在信息隐藏形式上缺乏实质的创新，缺乏新隐写手段。因此，如何提高信息容量和发展新型信息隐藏技术成为了目前该领域的两个重要问题。
近日，来自中山大学的王雪华教授、周张凯副教授、薛建材博士后，香港城市大学的雷党愿教授，以及新加坡国立大学的仇成伟教授等发展出一种能够有效克服上述两个问题的新型隐写术——彩色图像中的纳米隐写术。该团队在此前发展出的全彩等离激元彩色印刷理论与技术（Nat. Commun. 6: 8906, 2015）的基础上，将等离激元彩色印刷品作为信息隐藏的载体，其纳米级别的像素大小带来了接近100,000d.p.i.的超高分辨率（达到光学衍射极限），极大的扩充了可隐藏的信息容量。另一方面，该团队发展出了利用结构微扰（即不对结构显示颜色造成可见影响的微小结构变化）来隐藏信息的新型隐写策略。其实验结果表明，利用此策略隐藏的信息无论在光谱上还是在扫描电镜中都不能被发现，这就对信息实现了几近完美的隐藏，具有极高的安全性。
更进一步的，该团队利用两步微扰的方法提出了具有自我反监察功能的纳米隐写术（如下图）。首先，信息发送者利用微扰1将重要信息近完美地隐藏在彩色图形中。在目标接收者收到信息载体后，他们需要先对其加载微扰2使得隐藏信息与背景之间出现微小的光谱偏移，然后才能利用特定的光学滤波片将信息读取出来。而微扰2的加载过程将对作为伪装的彩图带来不可逆的图形变化，这就使得信息伪装载体同时能够作为自我反监察的指示器，即：当接收者在收到信息载体时，如果伪装图形发生变化，则说明隐藏的信息已经被人窃取。
图：带有自我反监察功能的纳米隐写术
以上研究成果将隐写术推进到了纳米尺度,这赋予了物理隐写术更大的应用与发展潜力，具有重要的革新作用。研究中提出的近完美隐藏和自我反监察功能的概念，对于发展新型的信息安全防护方法也具有重要的启发意义。此外，结构微扰能够被“变废为宝”地用于信息隐藏，这为微纳光学领域揭示了一个新的结构调控维度——微扰，为新型光学微纳结构的设计提供一种新的思路。该研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金、“广东省特支计划”科技创新青年拔尖人才、广东省自然科学杰出青年项目、广州市科技创新委“珠江科技新星”项目以及光电材料与技术国家重点实验室的大力支持。
文章链接
https://www.nature.com/articles/s41377-019-0212-4
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