[發(fā)明專利]一種大氣湍流光信道共享隨機(jī)比特提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011376004.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112491546B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳純毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04B10/079;H04B10/112;H04B10/70;H04B10/50
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)一種對(duì)發(fā)射功率起伏不敏感的大氣湍流光信道共享隨機(jī)比特提取方法。本發(fā)明用激光器輸出功率起伏的采樣值乘以接收光信號(hào)起伏的采樣值，據(jù)此提取隨機(jī)比特。本發(fā)明的方法可以保證在激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B的發(fā)射功率不穩(wěn)定時(shí)，也能很好地從大氣湍流光信道中提取共享隨機(jī)比特，即共享隨機(jī)比特的提取對(duì)發(fā)射功率起伏不敏感。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對(duì)發(fā)射功率起伏不敏感的大氣湍流光信道共享隨機(jī)比特提取方法。

背景技術(shù)

申請(qǐng)?zhí)枮?01811370939.1的一件中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種從大氣湍流光信號(hào)衰落中提取共享隨機(jī)比特的方法。成功實(shí)施該方法的一個(gè)關(guān)鍵前提是，確保激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B之間的雙向光傳輸信道具有良好互易性，即確保激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B接收到的光信號(hào)起伏具有良好的相關(guān)性。為了滿足這一要求，除了按照《OpticsExpress》 2018年26卷13期16422～16441頁(yè)論文描述的方式(即用CTSMC收發(fā)模式)保證激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B之間的雙向傳輸信道是互易的外，實(shí)際上還要求激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B的發(fā)射功率穩(wěn)定。為了獲得穩(wěn)定的發(fā)射功率，激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B需要對(duì)其使用的激光器進(jìn)行專門(mén)的控制處理。例如，濟(jì)南大學(xué)的陳穎于 2013年完成的碩士學(xué)位論文《光纖輸出穩(wěn)定激光光源的控制系統(tǒng)研發(fā)》就對(duì)激光器輸出功率穩(wěn)定控制方法作過(guò)敘述。

對(duì)于大氣湍流光傳輸信道，可以定義功率透射率時(shí)間函數(shù)為在t時(shí)刻的接收光功率與發(fā)射光功率之比。令在t時(shí)刻，從激光收發(fā)端機(jī)A到激光收發(fā)端機(jī)B的光傳輸信道的功率透射率為h_AB(t)，令在t時(shí)刻，從激光收發(fā)端機(jī)B到激光收發(fā)端機(jī)A的光傳輸信道的功率透射率為h_BA(t)。很明顯有：0≤h_AB(t)≤1，0≤h_BA(t)≤1。由于大氣湍流擾動(dòng)的影響，h_AB(t) 和h_BA(t)都隨時(shí)間的變化而起伏。如果激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B之間的雙向光傳輸信道完全互易，則h_AB(t)＝h_BA(t)；可以把雙向大氣湍流光傳輸信道的功率透射率起伏看作是被激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B共享的隨機(jī)源，激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B可以從中提取共享隨機(jī)比特，用作信息加密/解密操作所需的共享密鑰。

如果激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B沒(méi)有對(duì)其使用的激光器進(jìn)行專門(mén)的輸出功率穩(wěn)定控制，則它們的發(fā)射功率將隨時(shí)間發(fā)生變化。在此，把激光收發(fā)端機(jī)A在t時(shí)刻的發(fā)射功率記作其中表示激光收發(fā)端機(jī)A的歸一化發(fā)射功率起伏函數(shù)(其最大值為1)，C_A為一個(gè)常量比例系數(shù)(表示激光收發(fā)端機(jī)A的發(fā)射功率峰值)。類似地，把激光收發(fā)端機(jī)B在t時(shí)刻的發(fā)射功率記作其中表示激光收發(fā)端機(jī)B的歸一化發(fā)射功率起伏函數(shù)(其最大值為1)，C_B為一個(gè)常量比例系數(shù)(表示激光收發(fā)端機(jī)B的發(fā)射功率峰值)。注意到，激光收發(fā)端機(jī)A在t時(shí)刻接收到的光功率等于激光收發(fā)端機(jī)B在t時(shí)刻接收到的光功率等于在不對(duì)激光器進(jìn)行專門(mén)的輸出功率穩(wěn)定控制時(shí)，即使h_AB(t)＝h_BA(t)，由于激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B的發(fā)射功率隨時(shí)間的變化通常不相關(guān)，激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B接收到的光功率的相關(guān)系數(shù)會(huì)明顯小于1；換句話說(shuō)，激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B的發(fā)射功率隨時(shí)間的變化會(huì)降低兩者接收光功率的相關(guān)性。這會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B提取的共享隨機(jī)比特的不一致率增加。