信息安全是一個(gè)關(guān)系到國(guó)家安全和主權(quán)、社會(huì)穩(wěn)定、商業(yè)利益以及個(gè)人切身利益等重要問(wèn)題，而隱寫(xiě)術(shù)作為一門(mén)關(guān)于信息隱藏的藝術(shù)，自古以來(lái)便是信息安全防護(hù)中最重要的策略之一。它通過(guò)將信息隱藏進(jìn)一個(gè)不引人注意的無(wú)關(guān)偽裝中，來(lái)隱藏重要的信息，從而實(shí)現(xiàn)隱秘的信息存儲(chǔ)與傳輸。歷史上的隱形墨水法、微點(diǎn)隱寫(xiě)術(shù)，都在國(guó)家間的信息安全和商標(biāo)防偽等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。然而近幾十年來(lái)，物理隱寫(xiě)術(shù)發(fā)展緩慢，其實(shí)用性和可靠性日益受到威脅。該領(lǐng)域的核心困難有兩點(diǎn)，一是傳統(tǒng)物理隱寫(xiě)術(shù)中的信息記錄手段受限于微米級(jí)別的空間分辨率，其信息容量較小。二是物理隱寫(xiě)術(shù)在信息隱藏形式上缺乏實(shí)質(zhì)的創(chuàng)新，缺乏新隱寫(xiě)手段。因此，如何提高信息容量和發(fā)展新型信息隱藏技術(shù)成為目前該領(lǐng)域的兩個(gè)重要問(wèn)題。
我校物理學(xué)院王雪華教授和周張凱副教授、薛建材博士后等發(fā)展出一種能夠有效克服上述兩個(gè)問(wèn)題的新型隱寫(xiě)術(shù)——彩色圖像中的納米隱寫(xiě)術(shù)。該團(tuán)隊(duì)在此前發(fā)展出的全彩等離激元彩色印刷理論與技術(shù)（Nat. Commun. 6: 8906, 2015）的基礎(chǔ)上，將等離激元彩色印刷品作為信息隱藏的載體，其納米級(jí)別的像素大小帶來(lái)了接近100,000d.p.i.的超高分辨率（達(dá)到光學(xué)衍射極限），極大的擴(kuò)充了可隱藏的信息容量。另一方面，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展出了利用結(jié)構(gòu)微擾（即不對(duì)結(jié)構(gòu)顯示顏色造成可見(jiàn)影響的微小結(jié)構(gòu)變化）來(lái)隱藏信息的新型隱寫(xiě)策略。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用此策略隱藏的信息無(wú)論在光譜上還是在掃描電鏡中都不能被發(fā)現(xiàn)，這就對(duì)信息實(shí)現(xiàn)了幾近完美的隱藏，具有極高的安全性。
帶有自我反監(jiān)察功能的納米隱寫(xiě)術(shù)
該團(tuán)隊(duì)利用兩步微擾的方法提出了具有自我反監(jiān)察功能的納米隱寫(xiě)術(shù)（如上圖所示）。首先，信息發(fā)送者利用微擾1將重要信息近完美地隱藏在彩色圖形中。在目標(biāo)接收者收到信息載體后，他們需要先對(duì)其加載微擾2使得隱藏信息與背景之間出現(xiàn)微小的光譜偏移，然后才能利用特定的光學(xué)濾波片將信息讀取出來(lái)，而微擾2的加載過(guò)程將對(duì)作為偽裝的彩圖帶來(lái)不可逆的圖形變化，這就使得信息偽裝載體同時(shí)能夠作為自我反監(jiān)察的指示器，即當(dāng)接收者在收到信息載體時(shí)，如果偽裝圖形發(fā)生變化，則說(shuō)明隱藏的信息已經(jīng)被人竊取。
以上研究成果將隱寫(xiě)術(shù)推進(jìn)到了納米尺度,這賦予了物理隱寫(xiě)術(shù)更大的應(yīng)用與發(fā)展?jié)摿?，具有重要的革新作用。研究中提出的近完美隱藏和自我反監(jiān)察功能的概念，對(duì)于發(fā)展新型的信息安全防護(hù)方法也具有重要的啟發(fā)意義。此外，結(jié)構(gòu)微擾能夠被“變廢為寶”地用于信息隱藏，這為微納光學(xué)領(lǐng)域揭示了一個(gè)新的結(jié)構(gòu)調(diào)控維度——微擾，為新型光學(xué)微納結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一種新的思路。
上述研究工作以“Perturbative countersurveillance metaoptics with compound nanosieves”為題于2019年11月15日發(fā)表在Light: Science & Applications（IF：14）上，第一作者為薛建材博士后，通訊作者為周張凱副教授、仇成偉教授（新加坡國(guó)立大學(xué)）和王雪華教授。該研究工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、“廣東省特支計(jì)劃”科技創(chuàng)新青年拔尖人才、廣東省自然科學(xué)杰出青年項(xiàng)目、廣州市科技創(chuàng)新委“珠江科技新星”項(xiàng)目以及光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。
