정보화 사회가 발전함에 따라 하드웨어 및 데이터 보안의 중요도가 높아졌다. 디지털 신원 데이터 및 개인 정보의 보호는 암호화 기술에 의존하고 있다. 신원 인증을 위한 장치 및 개인 식별자는 복사되거나 추측되는 것을 방지하기 위해 고유하고 복잡해야 하며 통신에는 보안을 유지하기 위한 암호화 키가 필요하다. 이러한 암호화 기본 요소는 암호화 키가 공개되지 않는 한 강력한 보안을 제공한다. 높은 보안성을 유지하기 위한 유용한 접근 방식은 물리적 복제 불가능 소자(Physically unclonable functions, PUF)로 복제할 수 없는 기능에서 암호화 키를 생성하는 것이다. PUF는 기록되지 않은 시스템의 정적 엔트로피에서 정보를 검색하는 '디지털 지문'을 제공한다. PUF는 악의적인 당사자가 해를 입히기 위해 사본을 생성하는 것을 방지할 수 있다. 이 논문에서는 시스템의 실제 적용 가능성을 높이기 위해 산화아연 나노와이어와 이득 매질을 통하여 랜덤 레이저 기능을 가진 광학 PUF의 설계 및 방법을 제안하다. 다음으로 일반 반사 입자를 이용한 광학 PUF의 활용도를 높이기 위해 다양한 스펙트럼 정보를 가진 실크 단백질 입자를 이용한 식용가능한 광학 PUF를 제안한다. 마지막으로 섬유 매체를 사용하여 이미징 렌즈가 필요없는 새로운 타입의 PUF 시스템에 대한 광학적 분석 및 구현 방법을 제공한다.