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我院在高速混沌密钥分发领域取得重要进展

日期:2021-09-08   作者:   点击数:


近日,我院在混沌密钥分发领域取得重要进展:利用多模半导体激光器混沌同步实现了光纤传输距离160 km、速率0.75 Gbit/s高速密钥分发。研究成果0.75 Gbit/s high-speed classical key distribution with mode-shift keying chaos synchronization of Fabry–Perot lasers”发表于《Nature》子刊《Light: Science & Applications》,论文第一作者为光学工程专业博士研究生高华,通讯作者为王安帮教授

与现有光纤通信可兼容的高速、长距离物理层密钥分发是保密通信的迫切需求。该研究工作利用超辐射二极管SLD驱动一对参数匹配的FP半导体激光器实现多纵模混沌激光输出,再对其进行随机独立的模式选择,产生模式键控的混沌输出,最后,从同步的混沌波形(键控模式相同的时段)中采样、量化产生一致的随机密钥。混沌同步对激光器硬件参数的高度敏感性保障了密钥分发的安全性,模式随机键控则提供了附加的物理安全层。该方法利用无外部反馈的激光器作为物理熵源,提高了同步鲁棒性,利用模式键控显著缩短了键控瞬态过程,突破了密钥生成效率瓶颈,将密钥速率从百kbit/s提高至0.75Gbit/s。此外,混沌激光仍是经典光场,通过传统方法实现160 km单模光纤信道传输并保持高质量同步,证明了该系统与现有光纤通信网络兼容性。

 

1. 基于模式键控混沌同步的密钥分发原理示意图

 

2.模式键控同步(a-g)、密钥分发误码率及速率(h)

该工作受到了国家优秀青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、山西省1331”创新团队等项目的资助。

 

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41377-021-00610-w