[發明專利]一種基于光時域微分的安全高速密鑰分發系統及方法

有效

• 申請號: 202011215710.8
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112291008B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王大銘
• 申請（專利權）人: 山西財經大學
• 主分類號: H04B10/25
• 分類號: H04B10/25;H04L9/08
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;侯小幸

1.一種基于光時域微分的安全高速密鑰分發系統，其特征在于：包括超輻射發光二極管（1）、1×2光纖耦合器（2）、第一多模混沌半導體激光器模塊（3）、第一波分復用器（4）、第一光時域微分模塊（5）、第二波分復用器（6）、第一光電探測器（7）、第一模數轉換器（8）、第一存儲器（9）、第二多模混沌半導體激光器模塊（10）、第三波分復用器（11）、第二光時域微分模塊（12）、第四波分復用器（13）、第二光電探測器（14）、第二模數轉換器（15）、第二存儲器（16）及公共信道（17）；

所述超輻射發光二極管（1）的輸出與1×2光纖耦合器（2）的輸入端連接；所述1×2光纖耦合器（2）的一個輸出端與第一多模混沌半導體激光器模塊（3）連接，另一輸出端與第二多模混沌半導體激光器模塊（10）連接；

所述第一多模混沌半導體激光器模塊（3）的輸出端與第一波分復用器（4）的輸入端連接，所述第一波分復用器（4）的多路輸出端與第一光時域微分模塊（5）的多路輸入端連接，所述第一光時域微分模塊（5）的多路輸出端與第二波分復用器（6）的多路輸入端連接，所述第二波分復用器（6）的輸出端與第一光電探測器（7）的輸入端連接，所述第一光電探測器（7）的輸出端與第一模數轉換器（8）的輸入端連接，所述第一模數轉換器（8）的輸出端與第一存儲器（9）的輸入端連接；

所述第二多模混沌半導體激光器模塊（10）的輸出端與第三波分復用器（11）的輸入端連接，所述第三波分復用器（11）的多路輸出端與第二光時域微分模塊（12）的多路輸入端連接，所述第二光時域微分模塊（12）的多路輸出端與第四波分復用器（13）的多路輸入端連接，所述第四波分復用器（13）的輸出端與第二光電探測器（14）的輸入端連接，所述第二光電探測器（14）的輸出端與第二模數轉換器（15）的輸入端連接，所述第二模數轉換器（15）的輸出端與第二存儲器（16）的輸入端連接；所述第一存儲器（9）和第二存儲器（16）通過公共信道（17）連接，所述第一存儲器（9）、第二存儲器（16）中還分別儲存了控制第一光時域微分模塊（5）、第二光時域微分模塊（12）的私鑰；

所述密鑰分發系統實現密鑰分發的具體步驟如下：①超輻射發光二極管（1）作為驅動源輸出的信號通過1×2光纖耦合器（2）后平均分為兩路，分別驅動第一多模混沌半導體激光器模塊（3）與第二多模混沌半導體激光器模塊（10）使兩個模塊進入混沌狀態并實現同步；

②第一多模混沌半導體激光器模塊（3）輸出的混沌激光通過第一波分復用器（4）分為多路，然后多路激光進入第一光時域微分模塊（5），所述第一光時域微分模塊（5）對輸入的混沌波形進行k階微分，其中模式選擇由存儲于第一存儲器（9）的私鑰控制，最后利用第二波分復用器（6）將微分后的混沌信號耦合到同一根光纖中；相應的，第二多模混沌半導體激光器模塊（10）輸出的混沌激光通過第三波分復用器（11）分為多路，然后多路激光進入第二光時域微分模塊（12），第二光時域微分模塊（12）對輸入的混沌波形進行k階微分，其中模式選擇由存儲于第二存儲器（16）的私鑰控制，最后利用第四波分復用器（13）將微分后的混沌信號耦合到同一根光纖中；

③第一光電探測器（7）將第二波分復用器（6）輸出的混沌激光信號轉化為電信號，所述電信號通過第一模數轉換器（8）轉換為隨機序列并儲存在第一存儲器（9）中；第二光電探測器（14）將第四波分復用器（13）輸出的混沌激光信號轉化為電信號，所述電信號通過第二模數轉換器（15）轉換為隨機序列并儲存在第二存儲器（16）中；

④將第一存儲器（9）和第二存儲器（16）中儲存的私鑰在公共信道（17）上進行交換，然后選擇相同私鑰所對應的隨機序列便可得到一致的密鑰。

2.根據權利要求1所述的一種基于光時域微分的安全高速密鑰分發系統，其特征在于：所述第一多模混沌半導體激光器模塊（3）與第二多模混沌半導體激光器模塊（10）參數一致，包含N個模式。

3.根據權利要求1所述的一種基于光時域微分的安全高速密鑰分發系統，其特征在于：所述第一波分復用器（4）、第二波分復用器（6）、第三波分復用器（11）及第四波分復用器（13）參數一致，且波長間隔與多模混沌半導體激光器對應，隔離度大于30dB。