Informatieversleuteling is een van de kerntechnologieën van cyberspace-beveiliging. De algoritme-encryptie heeft een risico van uitputtende aanval vanwege de bepaling van het algoritme. Kwantumsleuteldistributie op basis van het kwantum-niet-klonen-principe belooft onvoorwaardelijke veiligheid en heeft nog steeds uitdagingen:de sleutelsnelheid wordt beperkt door de enkel-fotondetector en het distributiekanaal is nauwelijks compatibel met optische vezelcommunicatieverbinding. Voor een van de klassieke fysische methoden, de snelheid van de chaotische synchronisatiemethode met willekeurige sleutels wordt voornamelijk beperkt door de synchronisatiehersteltijd van tientallen nanoseconden. Het verkorten van de hersteltijd kan een oplossing bieden voor Gbit/s fysieke sleuteldistributie.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassing , een team van wetenschappers, onder leiding van professor Anbang Wang van het Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministerie van Onderwijs en de provincie Shanxi, China, College voor Natuurkunde en Opto-elektronica, Taiyuan-universiteit voor technologie, China, en collega's hebben een nieuw sleuteldistributieschema voorgesteld op basis van mode-shift keying chaos-synchronisatie, het vermijden van de beperkingen van de laserovergangstijd op de hersteltijd van de chaossynchronisatie, en als gevolg daarvan het verbeteren van de snelheid van de sleuteldistributie.

Twee Fabry-Perot-lasers met op elkaar afgestemde innerlijke parameters zijn geautoriseerd voor de legitieme gebruikers Alice en Bob. De twee lasers worden gewoonlijk geïnjecteerd door een willekeurige aandrijfbron die een superluminescente diode is in het experiment en chaossynchronisatie bereikt wanneer de injectieparameters op elkaar zijn afgestemd. Vervolgens, willekeurige modusselectie wordt toegepast op de laser FP _EEN (FP _B ) en de modus bij golflengte λ ₀ of λ ₁ wordt willekeurig uitgevoerd als de entropiebron. De chaotische golfvormen zijn gesynchroniseerd wanneer de golflengten hetzelfde zijn en niet gesynchroniseerd wanneer ze verschillen. Dus, de mode-shift keying chaos-synchronisatie wordt bereikt. Een analoog-naar-digitaalomzetter wordt gebruikt om het chaotische signaal met een bepaalde bemonsteringssnelheid te bemonsteren om de chaotische golfvormen met modusverschuiving vast te leggen die vervolgens worden gekwantiseerd om willekeurige bits te genereren door middel van dual-threshold quantisatie. Alice en Bob zeven de identieke bits die zijn geëxtraheerd tijdens de tijdvakken van dezelfde golflengte, dat is chaossynchronisatie, als gedeelde sleutels.

De synchronisatiecoëfficiënt bereikt ongeveer 0,93 wanneer de selectiemodi overeenkomen, maar neemt af tot ongeveer 0,25 wanneer de modi verschillend zijn. Zoals getoond als de vergrote weergave van het overgangsproces van niet-synchronisatie naar synchronisatie, de overgangstijd wordt aangetoond tot ~ 1ns, die wordt bepaald door de stijgtijd van de elektrische codes in plaats van de reactietijd van de laserovergang, dus de belangrijkste distributiesnelheid kan aanzienlijk worden verbeterd.

Het bemonsteren van meerdere punten tijdens elke sleutelperiode kan de distributiesnelheid verhogen. Om de veiligheid van de laatste sleutels te garanderen, het aantal sleutels dat gedurende één periode uit gesynchroniseerde chaos wordt gehaald, moet minder zijn dan 8, wat een byte vormt. Een bemonsteringssnelheid van 3,2 Gbit/s wordt gebruikt om de chaotische temporele golfvormen van mode-shift keying te bemonsteren en vervolgens wordt dual-threshold-kwantisatie gebruikt om willekeurige bits te extraheren. resulterend, de sleutelsnelheid bereikt 0,7503 Gbit/s wanneer de BER 3,8 ×10 . is ^-3 (de HD-FEC-drempel met 7% overhead). De gegenereerde geheime sleutels doorstaan ​​met succes alle 15 statistische tests.

Het schema kan de fysieke laagbeveiliging om drie redenen realiseren:ten eerste, alleen het aandrijflicht dat in de vezelverbinding wordt doorgelaten en is laag gecorreleerd met de output van de FP-lasers. Tweede, het is moeilijk voor een aanvaller om een ​​derde FP-laser te verkrijgen met goed afgestemde innerlijke parameters met de legitieme gebruikers vanwege de fabricagefout. Daarom, afluisteraars kunnen niet genoeg informatie van de entropiebron onderscheppen. Derde, de willekeurige en privé-modus-shift-sleuteling biedt een extra fysieke beveiligingslaag. Daarom, de veiligheid van deze regeling kan worden gegarandeerd.