發(fā)布時間：2020-06-09 14:48

【摘要】：隨著信息通信技術(shù)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(jīng)成為世界各國關(guān)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(guān)鍵,因此成為了保密通信領(lǐng)域的熱點研究之一�，F(xiàn)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(chǎn)生的密鑰具有偽隨機性,而且隨著高速計算機技術(shù)的發(fā)展,基于算法的密鑰分發(fā)技術(shù)的安全性受到嚴(yán)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(shù),也因為密鑰速率較低(目前僅為Mbps量級)、傳輸距離不宜太遠(yuǎn)、器件要求高等原因,面臨諸多亟待解決的應(yīng)用問題。因此,探索研究高安全性、高速率、易實現(xiàn)的密鑰分發(fā)方法具有重要的理論和實際應(yīng)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(shù)產(chǎn)生技術(shù)結(jié)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(dǎo)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(gòu)建了基于激光混沌半導(dǎo)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(shù)(一種方案是通過隨機控制參數(shù)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(shù)來動態(tài)改變本地外腔半導(dǎo)體激光器的反饋延時),通信雙方辨別出具有相同控制參數(shù)的時隙,在這些時隙中,通信雙方本地混沌激光高度同步�；诖�,通過對稱后處理技術(shù),通信雙方能夠獨立地產(chǎn)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(xiàn)高速率的密鑰分發(fā)。仿真結(jié)果表明:通信雙方能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的動態(tài)混沌同步,并且能夠?qū)崿F(xiàn)速率遠(yuǎn)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(jié)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(lián)半導(dǎo)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(lián)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)混沌同步,然后通過對稱后處理技術(shù)完成密鑰分發(fā)。在該方案的基礎(chǔ)上,提出了優(yōu)化方案,基于相位調(diào)制并聯(lián)半導(dǎo)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(dǎo)體激光器的外腔反饋中加入相位調(diào)制器。仿真結(jié)果表明:通信雙方能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)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(shù)生成方案[34]。SL：半導(dǎo)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(diào)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(dǎo)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(shù)轉(zhuǎn)換，，后續(xù)進行差分處理之后串行輸出，產(chǎn)生的隨機序率達(dá)到 12.5Gbps[36]；分析了采用互注入混沌激光器產(chǎn)生隨機比特的同步性能太原理工大學(xué)王云才團隊提出將混沌激光信號經(jīng)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(chǎn)生的混沌激光通過光耦合器分為，一路先通過可調(diào)光延遲線延時之后再經(jīng)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(jīng)過 1 位 ADC 之后產(chǎn)生兩組二進制序列，最后經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)生物理隨機數(shù)[39]。西南大學(xué)夏光瓊團隊提出將互注入半導(dǎo)體激光器的輸出作為混沌熵源，經(jīng)

圖 1-2 王云才團隊提出的延遲異或方案產(chǎn)生物理隨機數(shù)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(diào)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(shù)的研究態(tài)勢2012 年，Yoshimura 等人提出使用隨機寬帶光源來驅(qū)動兩個遠(yuǎn)距離的光擾，基于其相關(guān)物理隨機性來實現(xiàn)安全的密鑰分發(fā)。文章指出該方案的安全性是
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN918.4;O415.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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

本文編號：2704845