0,75 Gbit/s nøglefordeling med mode-shift keying kaos-synkronisering

Informationskryptering er en af ​​kerneteknologierne inden for cyberspacesikkerhed. Algoritmekrypteringen har en risiko for udtømmende angreb på grund af algoritmebestemmelsen. Kvantenøgledistribution baseret på kvanteno-kloningsprincippet lover ubetinget sikkerhed og har stadig udfordringer:nøglehastigheden er begrænset af enkeltfotondetektoren, og distributionskanalen er næppe kompatibel med optisk fiberkommunikationsforbindelse. For en af ​​de klassiske fysiske metoder, hastigheden af ​​random-keying kaotisk synkronisering metode er hovedsageligt begrænset af de snesevis af nanosekunders synkronisering restitutionstid. Forkortelse af genoprettelsestiden kan betale sig for Gbit/s fysisk nøgledistribution.

I et nyt blad udgivet i Lysvidenskab og anvendelse , et hold af videnskabsmænd, ledet af professor Anbang Wang fra Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Undervisningsministeriet og Shanxi-provinsen, Kina, College for Fysik og Optoelektronik, Taiyuan University of Technology, Kina, og kolleger har foreslået et nyt nøgledistributionsskema baseret på mode-shift-tasting kaos-synkronisering, undgå begrænsningerne af laserovergangstid på genoprettelsestiden for kaossynkronisering, og deraf følgende forbedring af nøglefordelingshastigheden.

To Fabry-Perot lasere med matchede indre parametre er godkendt til de legitime brugere Alice og Bob. De to lasere injiceres almindeligvis af en tilfældig drivkilde, som er en super-luminescerende diode i eksperimentet og opnåede kaossynkronisering, når injektionsparametrene matches. Derefter, valg af tilfældig tilstand anvendes på laser FP _EN (FP _B ) og tilstanden ved bølgelængde λ ₀ eller λ ₁ udlæses tilfældigt som entropikilden. De kaotiske bølgeformer synkroniseres, når bølgelængderne er ens, og ikke synkroniserede, når de er forskellige. Dermed, mode-shift-taste-kaos-synkroniseringen er opnået. En analog-til-digital-konverter bruges til at sample det kaotiske signal ved en bestemt samplingshastighed for at registrere de kaotiske bølgeformer med mode-shift-nøgle, som derefter kvantiseres til at generere tilfældige bits ved dobbelt-tærskelkvantisering. Alice og Bob sigter de identiske bits, der er udtrukket i løbet af tidsintervallerne med samme bølgelængde, det er kaossynkronisering, som fælles nøgler.

Synkroniseringskoefficienten når omkring 0,93, når valgtilstandene matches, men falder til omkring 0,25, når tilstandene er forskellige. Som vist som det forstørrede billede af overgangsprocessen fra ikke-synkronisering til synkronisering, overgangstiden er demonstreret til ~ 1ns, som bestemmes af stigningstiden for de elektriske koder snarere end laserovergangsresponstiden, så nøglefordelingsraten kan forbedres betydeligt.

Sampling af flere punkter i hver nøgleperiode kan øge distributionshastigheden. For at sikre sikkerheden af ​​de endelige nøgler, antallet af nøgler udtrukket fra synkroniseret kaos i en periode bør være mindre end 8, hvilket danner en byte. En samplingshastighed på 3,2 Gbit/s anvendes til at sample mode-shift-tasten af ​​kaotiske temporale bølgeformer, og derefter bruges dobbelt-tærskelkvantisering til at udtrække tilfældige bits. Som følge heraf nøglehastigheden når op på 0,7503 Gbit/s, når BER er 3,8 × 10 ^-3 (HD-FEC-tærsklen med 7 % overhead). De genererede hemmelige nøgler består alle de 15 statistiske test.

Ordningen kan realisere det fysiske lags sikkerhed af tre grunde:For det første, kun drivlyset transmitteret i fiberforbindelsen og er lavt korreleret til outputtet fra FP-laserne. Sekund, det er svært for en angriber at få en tredje FP-laser, der har velmatchede indre parametre med de legitime brugere på grund af fabrikationsfejlen. Derfor, aflyttere kan ikke opsnappe tilstrækkelig information fra entropikilden. Tredje, den tilfældige og private mode-shift-tastning giver et ekstra fysisk lag af sikkerhed. Derfor, sikkerheden af ​​denne ordning kan sikres.