【摘要】：隨著信息通信技術的發(fā)展,信息保密性越來越受到人們的重視,保障和提升信息的系統(tǒng)安全性已經成為世界各國關心的重要戰(zhàn)略問題。在保密通信系統(tǒng)中,安全有效地為通信雙方分發(fā)共享密鑰是保障信息安全性的關鍵,因此成為了保密通信領域的熱點研究之一�，F階段,大部分的密鑰分發(fā)主要基于確定性算法,這會使得產生的密鑰具有偽隨機性,而且隨著高速計算機技術的發(fā)展,基于算法的密鑰分發(fā)技術的安全性受到嚴峻挑戰(zhàn)。另一方面,具有理論絕對安全的量子密鑰分發(fā)技術,也因為密鑰速率較低(目前僅為Mbps量級)、傳輸距離不宜太遠、器件要求高等原因,面臨諸多亟待解決的應用問題。因此,探索研究高安全性、高速率、易實現的密鑰分發(fā)方法具有重要的理論和實際應用價值。本文立足密鑰分發(fā)的前沿研究態(tài)勢,將激光混沌同步和物理隨機數產生技術結合,開展了基于混沌同步的高速密鑰分發(fā)方法研究,提出了密鑰分發(fā)方案,并研究了各方案的可行性和性能。具體研究工作如下:首先,介紹了半導體激光器的理論模型,研究了激光混沌同步的同步機理及同步條件,并構建了基于激光混沌半導體激光器的密鑰分發(fā)理論模型。其次,提出了兩種基于交錯停走算法和動態(tài)混沌同步的安全密鑰分發(fā)方案。通過交換隨機控制參數(一種方案是通過隨機控制參數來動態(tài)改變注入強度,另一種方案則是通過隨機控制參數來動態(tài)改變本地外腔半導體激光器的反饋延時),通信雙方辨別出具有相同控制參數的時隙,在這些時隙中,通信雙方本地混沌激光高度同步。基于此,通過對稱后處理技術,通信雙方能夠獨立地產生相同二進制序列,并將其作為種子密鑰;然后通過迭代交錯停走算法來擴展種子密鑰的速率,最終實現高速率的密鑰分發(fā)。仿真結果表明:通信雙方能夠實現高質量的動態(tài)混沌同步,并且能夠實現速率遠高于種子密鑰的隨機密鑰分發(fā),最終密鑰的速率能夠提高為種子密鑰速率的21倍。在改進方案中,通過延時操作來改變迭代交錯停走算法的控制序列,仿真結果表明,最終密鑰的速率能夠提高為種子密鑰速率的98倍。最后,提出了基于并聯半導體激光器混沌同步系統(tǒng)的安全密鑰分發(fā)方案,通過使用并聯半導體激光器的結構實現混沌同步,然后通過對稱后處理技術完成密鑰分發(fā)。在該方案的基礎上,提出了優(yōu)化方案,基于相位調制并聯半導體激光器系統(tǒng)的混沌安全密鑰分發(fā)方案,即在外腔半導體激光器的外腔反饋中加入相位調制器。仿真結果表明:通信雙方能夠實現高質量的混沌同步,高速率的密鑰分發(fā)。
【圖文】：

圖 1-1 Uchida 課題組提出的 1.7Gbps 物理隨機數生成方案[34]。SL：半導體激光器；FC：光耦合器；F：光纖；VR：可變光纖反射鏡；ISO：光隔離器；VA：可調光衰減器；PD：光電探測器；Amp：電放大器Kanter 課題組提出將光反饋半導體激光器的混沌輸出作為物理熵源，采用 C 對采樣點進行模數轉換，，后續(xù)進行差分處理之后串行輸出，產生的隨機序率達到 12.5Gbps[36]；分析了采用互注入混沌激光器產生隨機比特的同步性能太原理工大學王云才團隊提出將混沌激光信號經過延遲異或處理得到隨機[38]。方案圖如圖 1-2 所示。將混沌激光源所產生的混沌激光通過光耦合器分為，一路先通過可調光延遲線延時之后再經過光電探測器 PD，而另一路則直接 檢測。然后兩路信號分別經過 1 位 ADC 之后產生兩組二進制序列，最后經或 XOR 處理即可得到隨機序列。該方案采用延時異或是為了消除由于光反饋成的混沌激光周期性，從而提高所產生二進制序列的隨機性。該課題組還提出延遲差分比較的方法產生物理隨機數[39]。西南大學夏光瓊團隊提出將互注入半導體激光器的輸出作為混沌熵源，經

圖 1-2 王云才團隊提出的延遲異或方案產生物理隨機數的系統(tǒng)框圖[38]。PC：偏振控制器；FR：光纖反射鏡；OI：光隔離器；VOA：光衰減器；TODL：可調光延遲線；XOR：異或模塊.3.2.2 基于激光混沌同步的密鑰分發(fā)技術的研究態(tài)勢2012 年，Yoshimura 等人提出使用隨機寬帶光源來驅動兩個遠距離的光擾，基于其相關物理隨機性來實現安全的密鑰分發(fā)。文章指出該方案的安全性是
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN918.4;O415.5

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 趙剛;;新一代信息技術產業(yè)發(fā)展的國際經驗分享[J];中國科技財富;2011年09期

相關碩士學位論文 前1條

1 趙琦;利用保密增強技術提高基于混沌同步密鑰分發(fā)的安全性[D];太原理工大學;2016年

本文編號：2704845