[發明專利]一種基于混沌自載波相位調制的高速密鑰分發技術

在審

• 申請號: 202210195360.6
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114584296A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 高震森;馬子洋;吳思樂;付松年;王云才;秦玉文
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/556;H04B10/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于混沌自載波相位調制的高速密鑰分發技術實現方法，主要由共同驅動混沌同步、混沌自載波相位調制和混沌同步鍵控及密鑰提取組成。共同驅動同步主要通過調節注入功率和注入偏振態，使得兩個響應激光器實現混沌同步。通過混沌自載波相位調制處理后，混沌激光的光譜得到展寬，隨后再利用色散器件將相位混沌轉換到強度，實現了混沌帶寬的展寬。最后在響應激光器后鍵控混沌的同步狀態，并從鍵控信號相同的時隙中提取隨機數作為密鑰。本發明可以實現混沌帶寬的展寬和同步恢復時間的降低，同時可以保障密鑰分發安全性，最終實現高速高安全性的密鑰分發。

技術領域

本發明涉及光通信領域，具體涉及一種基于混沌自載波相位調制的高速密鑰分發實現方法。

背景技術

網絡信息安全一直以來都是社會各界廣泛關注的問題，為此發展出了多種保密通信方式，較為常用的是通信雙方利用共享的密鑰進行加解密，其中密鑰的產生和分發是最大的困難之一。目前使用的密鑰主要是通信雙方利用相同的數學算法產生一致的密鑰，其安全性主要取決于數學算法的復雜度。但隨著計算機算力的不斷提升，這種密鑰分發方式的安全隱患也日益展現出。基于此，國內外研究團隊提出了多種基于物理熵源的密鑰分發方案，如量子密鑰分配、基于信道噪聲的密鑰分配和基于光纖激光的密鑰分配等。然而，由于對量子器件要求嚴格或熵源帶寬受限，這些方式很難實現G比特量級的密鑰分發。

混沌激光作為一種其寬頻譜、大振幅的物理熵源，被證實可以用于高速隨機數提取，并且異地的兩個激光器可以實現混沌同步，這使得基于混沌激光的密鑰分發成為可能。日本NTT公司Yoshimura等人提出并演示了一種基于混沌同步的安全密鑰分發，該方法對共同隨機光驅動的外腔反饋半導體激光器產生的同步混沌信號進行采樣，提取出相關的隨機數作為密鑰。為了提高安全性，他們在響應激光器的反饋環中加入了隨機參數鍵控的相位調制，當兩個隨機參數調制相同相位時，混沌同步并產生相同密鑰，反之，混沌不同步產生不同密鑰。但由于鍵控打破了激光器的輸出狀態，使得密鑰分發速率只能達到182kb/s。電子科技大學江寧等人數值研究了基于隨機偏振注入兩個VCSEL實現的混沌同步進行密鑰分發，鍵控注入偏振的狀態來提高安全性，將密鑰分發速率提升至G比特量級。在混沌鍵控過程中，通信雙方的混沌激光器從非同步狀態恢復到同步狀態需要經過一個緩慢過程，鍵控周期中只有大于同步恢復時間的時隙才能獲得有效的高質量混沌同步，從而產生一致密鑰，因此同步恢復時間成為限制密鑰分發速率的一個關鍵因素。

在以往的密鑰分配方案中，要么因為較長的同步恢復時間縮短了鍵控周期內可用于提取密鑰的時間，要么是較窄的混沌帶寬限制了密鑰提取的采樣率，這些原因使得很難進一步提高密鑰分配率。為了解決以上技術問題，本發明提出了在混沌同步后進行混沌自載波相位調制展寬混沌頻譜以提高密鑰提取的采樣率，并鍵控相位調制的驅動信號振幅以實現同步鍵控提高安全性，最終實現高速高安全性的密鑰分發。

發明內容

本發明的目的在于實現高速高安全性的密鑰分發。本發明提供了一種基于混沌自載波相位調制的高速密鑰分發實現方法。為實現發明目的，本發明主要通過以下方法實現：

一種基于混沌自載波相位調制的高速密鑰分發實現方法，主要包括共同驅動混沌同步、混沌自載波相位調制和混沌同步鍵控及密鑰提取；

所述共同驅動同步主要包括：一個驅動源、三個光耦合器、兩段傳輸光纖、兩個摻鉺光纖放大器、兩個偏振控制器和兩個光隔離器。實現方法包括：混沌驅動源產生、注入功率控制、注入偏振態控制和響應激光器混沌同步。

所述的混沌自載波相位調制包括：兩個光耦合器、四個光電探測器、兩個射頻放大器、兩個相位調制器、兩個色散器件。實現方法包括：混沌激光分束、光電轉換、射頻放大、相位調制、相位混沌到強度轉換；

所述的混沌同步鍵控及密鑰提取包括：兩個隨機數發生器、兩個強度調制器和兩個模數轉換器。實現方法包括：隨機數發生、強度調制、隨機數交換和密鑰提取；