|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Способ передачи ключа по волоконно-оптической линии связи, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют случайную последовательность двоичных символов; генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны λ 1 ; кодируют символы линейно поляризованными состояниями фотонов с выбором угла поляризации 0 и 90° при передаче символа "0" и символа "1" соответственно; синхронизируют работу передающей и принимающей сторон; передают однофотонные импульсы с длиной волны λ 1 по волоконно-оптической линии связи; анализатором поляризации оптического излучения случайным образом устанавливают угол поляризации оптического излучения 0 или 90° и регистрируют однофотонные импульсы фотоприемником, работающим в режиме счета фотонов; дополнительно перед началом передачи случайной последовательности двоичных символов измеряют зависимость квантовой эффективности регистрации фотоприемника от длины волны оптического излучения; определяют максимальное значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника η max , а также длины волн оптического излучения λ 1 и λ 2 , которым соответствует значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника 0,9 η max ; определяют минимальное время τ м , необходимое для регистрации однофотонного импульса; задают вероятность ошибки регистрации однофотонных импульсов Р 0 ; вычисляют число однофотонных импульсов, содержащихся в последовательности импульсов с длиной волны оптического излучения λ 1 и λ 2 по формуле N ф =-(0,9 η max ) -1 lnP 0 ; вычисляют длительность времени передачи одного символа по формуле t=- τ м (0,9 η max ) -1 lnP 0 ; на передающей стороне генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны λ 2 ; импульсы оптического излучения с длиной волны λ 2 , передающие символы, линейно поляризуют состояниями фотонов с выбором угла поляризации 0 и 90° при передаче соответственно символа "0" и символа "1"; на передающей стороне генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны λ 1 или с длиной волны λ 2 , кодируют символы ключевой последовательности со случайным выбором длины волны λ 1 или λ 2 однофотонного импульса для каждого символа; передают однофотонные импульсы с длиной волны λ 2 по волоконно-оптической линии связи; на принимающей стороне для каждого символа монохроматором случайным образом устанавливают длину волны оптического излучения λ 1 или λ 2 ; в обратном направлении (от принимающей стороны к передающей) передают номера зарегистрированных символов, образующих ключ.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Способ передачи ключа по волоконно-оптической линии связи, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют случайную последовательность двоичных символов; генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны λ 1 ; кодируют символы линейно поляризованными состояниями фотонов с выбором угла поляризации 0 и 90° при передаче символа "0" и символа "1" соответственно; синхронизируют работу передающей и принимающей сторон; передают однофотонные импульсы с длиной волны λ 1 по волоконно-оптической линии связи; анализатором поляризации оптического излучения случайным образом устанавливают угол поляризации оптического излучения 0 или 90° и регистрируют однофотонные импульсы фотоприемником, работающим в режиме счета фотонов; дополнительно перед началом передачи случайной последовательности двоичных символов измеряют зависимость квантовой эффективности регистрации фотоприемника от длины волны оптического излучения; определяют максимальное значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника η max , а также длины волн оптического излучения λ 1 и λ 2 , которым соответствует значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника 0,9 η max ; определяют минимальное время τ м , необходимое для регистрации однофотонного импульса; задают вероятность ошибки регистрации однофотонных импульсов Р 0 ; вычисляют число однофотонных импульсов, содержащихся в последовательности импульсов с длиной волны оптического излучения λ 1 и λ 2 по формуле N ф =-(0,9 η max ) -1 lnP 0 ; вычисляют длительность времени передачи одного символа по формуле t=- τ м (0,9 η max ) -1 lnP 0 ; на передающей стороне генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны λ 2 ; импульсы оптического излучения с длиной волны λ 2 , передающие символы, линейно поляризуют состояниями фотонов с выбором угла поляризации 0 и 90° при передаче соответственно символа "0" и символа "1"; на передающей стороне генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны λ 1 или с длиной волны λ 2 , кодируют символы ключевой последовательности со случайным выбором длины волны λ 1 или λ 2 однофотонного импульса для каждого символа; передают однофотонные импульсы с длиной волны λ 2 по волоконно-оптической линии связи; на принимающей стороне для каждого символа монохроматором случайным образом устанавливают длину волны оптического излучения λ 1 или λ 2 ; в обратном направлении (от принимающей стороны к передающей) передают номера зарегистрированных символов, образующих ключ.
(19)
Евразийское
патентное
ведомство
025791
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201401174
(22) Дата подачи заявки 2014.10.06
(51) Int. Cl. H04L 9/08 (2006.01) H04B 10/70 (2013.01)
(54) СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ КЛЮЧА ПО ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ
(43) 2016.05.31
(96) 2014/EA/0082 (BY) 2014.10.06
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (БГУ) (BY)
(72) Изобретатель:
Гулаков Иван Романович, Зеневич Андрей Олегович, Тимофеев Александр Михайлович (BY)
(56) ЗЕНЕВИЧ А.О. Одноквантовые
системы для приема и обработки оптической информации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Минск, Белорусский национальный технический университет, 2013
RU-C1-2507690
RU-C1-2488965
RU-C1-2454810
RU-C2-2325763
JP-A-2014068284
(57) Изобретение относится к средствам защиты информации, передаваемой по оптическому каналу связи, в частности к способам передачи ключа для криптографической защиты информации. Оно может найти применение в системах волоконно-оптической связи. Задачей предлагаемого изобретения является создание способа передачи ключа по волоконно-оптической линии связи, позволяющего уменьшить ошибку передачи данных, связанную с деполяризацией оптического излучения, упростить процедуру согласования базисов, в которых переданы и приняты символы при формировании ключа, и повысить за счет этого скорость передачи ключа. Способ передачи ключа по волоконно-оптической линии связи заключается в том, что на передающей стороне формируют случайную последовательность двоичных символов; генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны Х1; кодируют символы линейно поляризованными состояниями фотонов с выбором угла поляризации 0 и 90° при передаче символа "0" и символа "1" соответственно; синхронизируют работу передающей и принимающей сторон; передают однофотонные импульсы с длиной волны ?ц по волоконно-оптической линии связи; анализатором поляризации оптического излучения случайным образом устанавливают угол поляризации оптического излучения 0 или 90° и регистрируют однофотонные импульсы фотоприемником, работающим в режиме счета фотонов; дополнительно перед началом передачи случайной последовательности двоичных символов измеряют зависимость квантовой эффективности регистрации фотоприемника от длины волны оптического излучения, определяют максимальное значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника r|max, а также длины волн оптического излучения Х1 и Х2, которым соответствует значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника 0,9rmax; определяют минимальное время тм, необходимое для регистрации однофотонного импульса; задают вероятность ошибки регистрации однофотонных импульсов Р0; вычисляют число однофотонных импульсов, содержащихся в последовательности импульсов с длиной волны оптического излучения Х1 и Х2 по формуле = -(0,9rmax)-1lnP0; вычисляют длительность времени передачи одного символа по формуле t = -тм(0,9гтах)-11пР0; на передающей стороне генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны Х2; импульсы оптического излучения с длиной волны Х2, передающие символы, линейно поляризуют состояниями фотонов с выбором угла поляризации 0 и 90° при передаче соответственно символа "0" и символа "1"; на передающей стороне генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны ?ч или с длиной волны %i, кодируют символы ключевой последовательности со случайным выбором длины волны ?ч или Х2 однофотонного импульса для каждого символа; передают однофотонные импульсы с длиной волны Х2 по волоконно-оптической линии связи; на принимающей стороне для каждого символа монохроматором случайным образом устанавливают длину волны оптического излучения Х1 или Х2; в обратном направлении (от принимающей стороны к передающей) передают номера зарегистрированных символов, образующих ключ.
Изобретение относится к средствам защиты информации, передаваемой по оптическому каналу связи, в частности к способам передачи ключа для криптографической защиты информации. Оно может найти применение в системах волоконно-оптической связи.
Известные способы передачи ключа [1] не позволяют обеспечить достаточно высокую скорость передачи ключа. Это обусловлено тем, что способы [1] при формировании ключа требуют сложной процедуры согласования базисов, используемых для кодирования передаваемых символов и их приема. Такая процедура при формировании ключа предусматривает последовательную передачу на первом этапе в прямом направлении (от отправителя ключа к его получателю) символов, для кодирования которых используется линейная поляризация передаваемых фотонов. Затем на втором этапе передают в обратном направлении (от получателя ключа к его отправителю) базисы, в которых принят на стороне получателя каждый символ. После этого на третьем этапе на стороне отправителя ключа сравнивают соответствующие базисы, используемые для кодирования каждого символа на первом этапе, с принятыми базисами после второго этапа. На четвертом этапе окончательно формируют ключ путем передачи в прямом направлении (от отправителя ключа к его получателю) номеров символов, базисы которых совпали на третьем этапе. На этом процедура согласования базисов завершается. Также следует отметить, что способы передачи ключа [1] не позволяют обеспечить достаточно высокую скорость передачи ключа в связи с тем, что применяемое в них кодирование передаваемой информации состояниями линейной поляризации фотонов вызывает появление большого количества ошибок вследствие эффекта деполяризации оптического излучения в оптическом волокне.
Наиболее близким к заявляемому (прототип) является квантовый криптографический способ передачи двоичного ключа [2]. Этот способ основан на том, что для формирования ключа передают двоичные символы при помощи линейно поляризованных фотонов на одной длине волны. При этом кодирование символа "0" осуществляется поляризацией фотона под углом 0 или 45°, а символа "1" - под углом 90 или 135°. Поляризация фотона для кодирования передаваемого двоичного символа ("0" или "1") выбирается случайным образом из двух возможных. Фотоны передают по волоконно-оптической линии связи. С выхода волоконно-оптической линии фотоны поступают на анализатор поляризации оптического излучения. После этого из четырех возможных углов 0, 45, 90 или 135° случайным образом устанавливают угол поляризации анализатора и регистрируют прошедшие через анализатор фотоны при помощи фотоприемника, работающего в режиме счета фотонов. Затем осуществляется процедура согласования переданного и принятого символов в соответствии с описанным выше принципом в четыре этапа, в результате чего окончательно формируется ключ. Поскольку в способе [2], как и в [1], требуется процедура согласования базисов, которая выполняется в четыре этапа, в [1-2] время формирования ключа будет достаточно большим, что не позволит обеспечить высокую скорость передачи ключа. Следует отметить, что в настоящее время для передачи поляризованного оптического излучения по волоконно-оптическим линиям связи используются оптические волокна, сохраняющие поляризацию излучения [3]. Поляризованное оптическое излучение в такие волокна вводится с ориентацией вектора напряженности электрического поля излучения строго вдоль одной из двух осей двулучепреломления; в противном случае сохранить поляризацию оптического излучения не представляется возможным. В этой связи использование четырех поляризаций фотона для передачи ключа приводит к увеличению количества ошибок при передаче данных, что также уменьшает скорость передачи ключа. При использовании других типов оптических волокон достаточно большая вероятность деполяризации оптического излучения затрудняет передачу поляризованного оптического излучения на большие расстояния и уменьшает скорость передачи ключа.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа передачи ключа по волоконно-оптической линии связи, позволяющего уменьшить ошибку передачи данных, связанную с деполяризацией оптического излучения, упростить процедуру согласования базисов, в которых переданы и приняты символы при формировании ключа, и повысить за счет этого скорость передачи ключа.
Способ передачи ключа по волоконно-оптической линии связи заключается в том, что на передающей стороне формируют случайную последовательность двоичных символов; генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны Х1; кодируют символы линейно поляризованными состояниями фотонов с выбором угла поляризации 0 и 90° при передаче символа "0" и символа "1" соответственно; синхронизируют работу передающей и принимающей сторон; передают однофотонные импульсы с длиной волны Х1 по волоконно-оптической линии связи; анализатором поляризации оптического излучения случайным образом устанавливают угол поляризации оптического излучения 0 или 90° и регистрируют однофотонные импульсы фотоприемником, работающим в режиме счета фотонов; дополнительно перед началом передачи случайной последовательности двоичных символов измеряют зависимость квантовой эффективности регистрации фотоприемника от длины волны оптического излучения, определяют максимальное значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника r|max, а также длины волн оптического излучения Х1 и Х2, которым соответствует значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника 0,9rmax; определяют минимальное время тм, необходимое для регистрации однофотонного импульса; задают вероятность ошибки регистрации однофотонных импульсов Р0; вычисляют число однофотонных импульсов, содержащихся в последовательности импульсов с длиной волны
оптического излучения Х1 и Х2 по формуле N = -(0,9rmax)-1lnP0; вычисляют длительность времени передачи одного символа по формуле 1=-тм(0,9г|тах)-11пРо; на передающей стороне генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны Х2; импульсы оптического излучения с длиной волны Х2, передающие символы, линейно поляризуют состояниями фотонов с выбором угла поляризации 0 и 90° при передаче соответственно символа "0" и символа "1"; на передающей стороне генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны Х1 или с длиной волны Х2, кодируют символы ключевой последовательности со случайным выбором длины волны Х1 или Х2 однофотонного импульса для каждого символа; передают однофотонные импульсы с длиной волны Х2 по волоконно-оптической линии связи; на принимающей стороне для каждого символа монохроматором случайным образом устанавливают длину волны оптического излучения Х1 или Х2; в обратном направлении (от принимающей стороны к передающей) передают номера зарегистрированных символов, образующих ключ.
Сущность изобретения заключается в том, что вначале выполняется калибровочный цикл, после которого последовательно осуществляется цикл передачи "сырого" ключа и цикл формирования ключа.
"Сырым" называют ключ, который представляет собой последовательность двоичных символов и используется для формирования ключа. Чаще всего ключ получают из "сырого" ключа путем дополнительного преобразования "сырого" ключа, например, оставляя (или удаляя) только определенные номера символов [2].
В течение калибровочного цикла выбирают длины волн излучения однофотонных импульсов Х1 и Х2 и определяют максимальную квантовую эффективность регистрации rmax. Для этого измеряют зависимость квантовой эффективности регистрации фотоприемника, работающего в режиме счета фотонов, от длины волны оптического излучения, которая согласно [4] имеет "колоколообразный" вид. По этой зависимости определяют максимальную квантовую эффективность регистрации rmax и длины волн оптического излучения Х1 и Х2, которым соответствует значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника 0,9r|max. На этом калибровочный цикл завершается.
Калибровочный цикл выполняется при аттестации системы связи или при замене фотоприемника счетчика фотонов.
Цикл передачи "сырого" ключа включает формирование на передающей стороне двоичных символов "сырого" ключа, передачу "сырого" ключа по волоконно-оптической линии связи и его регистрацию на принимающей стороне.
Для передачи двоичных символов "сырого" ключа используются последовательности однофотонных импульсов с длинами волн Х1, или Х2, линейно поляризованных под углами 0 или 90°. Для определения числа однофотонных импульсов содержащихся в последовательности, необходимо задать ошибку регистрации.
Под ошибкой регистрации понимается вероятность Р0 того, что приемный модуль не зарегистрирует ни один импульс из последовательности однофотонных импульсов. Согласно [1] эта вероятность определяется по формуле
^ = ехр(-0,9/7т"Л^). (1,
На основании (1) можно определить
Нф=-(0,9ч^У\пР0. (2)
Необходимо отметить, что для регистрации оптического излучения целесообразно использовать высокочувствительные приемные модули, такие как счетчики фотонов [4]. Счетчики фотонов имеют квантовую эффективность регистрации, меньшую единицы, и темновые импульсы на выходе в отсутствии регистрируемого оптического излучения. Отличная от единицы квантовая эффективность регистрации счетчика фотонов может привести к тому, что фотон не будет зарегистрирован, в результате чего общее время передачи ключа увеличится. Наличие темновых импульсов на выходе счетчика фотонов приводит к неправильному формированию символов ключа на принимающей стороне.
Для устранения ошибок регистрации и уменьшения времени передачи ключа необходимо синхронизировать работу передающей и принимающей сторон, и использовать для передачи каждого символа последовательность однофотонных импульсов.
Синхронизация времени передачи и приема последовательности однофотонных импульсов за счет передачи синхроимпульсов позволяет уменьшить число темновых импульсов, поскольку счетчик фотонов регистрирует оптическое излучение только в течение длительности синхроимпульса.
Минимальный интервал времени, который необходим счетчику фотонов для регистрации однофотонного импульса, соответствует мертвому времени счетчика фотонов тм, т.е. времени после регистрации фотона, в течение которого счетчик не чувствителен к падающему на него излучению.
Тогда длительность времени регистрации последовательности однофотонных импульсов t должна соответствовать времени передачи одного символа
' = T^=-T*(Ofrl(tm)Y,]nPo- (3) Длина волны для передачи однофотонных импульсов (Х1 или Х2) выбирается случайным образом. Угол линейной поляризации однофотонных импульсов устанавливается равным 0° при передаче символа
"0" и 90° при передаче символа "1".
Сформированные однофотонные импульсы с определенной поляризацией и длиной волны направляются в волоконно-оптическую линию связи.
Затем "сырой" ключ с выхода волоконно-оптической линии связи поступает к принимающей стороне, где он регистрируется. Для этого на выходе волоконно-оптической линии случайным образом осуществляют селекцию оптического излучения по длине волны (А или А^) и по углу линейной поляризации (0 или 90°).
Случайная селекция оптического излучения по длине волны означает, что селекцирующий элемент на выходе линии связи обеспечивает прохождение оптического излучения с длиной волны А и не пропускает оптическое излучение с длиной волны %2 или наоборот.
Случайная селекция оптического излучения по углу линейной поляризации означает, что анализатор обеспечивает прохождение оптического излучения, поляризованного под углом 0° и не пропускает оптическое излучение, поляризованное под углом 90° или наоборот.
Пример случайной селекции оптического излучения по длине волны (А или А2) и по углу линейной поляризации (0 или 90°) представлен в таблице.
Номер символа
Примечание
"1"
"1"
"0"
"1"
"0"
"0"
"1"
"0"
Сформированный на передающей стороне "сырой" ключ
Выбранные на передающей
стороне для кодирования
однофотонного импульса:
- длина волны,
90°
90°
90°
90°
- линейная поляризация
Выбранные на принимающей
стороне:
- длина волны оптического излучения,
90°
90°
90°
90°
- линейная поляризация однофотонного импульса
"1"
"0"
"1"
Ключ
На этом цикл передачи "сырого" ключа завершается, и начинается цикл формирования ключа, который включает регистрацию на принимающей стороне только тех символов "сырого" ключа, которым соответствуют однофотонные импульсы, длина волны и угол линейной поляризации которых на передающей и принимающей сторонах совпали; в противном случае символы "сырого" ключа на принимающей стороне не регистрируются.
Таким образом, при передаче и приеме "сырого" ключа преобразование "сырого" ключа в ключ осуществляется принимающей стороной за счет регистрации части двоичных символов "сырого" ключа. Как видно из таблицы, символы с номерами 4, 5 и 7 принимающей стороной зарегистрированы. После этого номера этих символов передаются в обратном направлении (от принимающей стороны к передающей) и образуют ключ.
При этом исключается необходимость после приема "сырого" ключа в обратном направлении (от принимающей стороны к передающей) передавать базисы линейной поляризации, в которых принимались однофотонные импульсы на принимающей стороне, а также сравнивать эти базисы на передающей стороне и повторно передавать совпавшие базисы, как в [1-2] это требовалось при выполнении описанной выше четырехэтапной процедуры согласования базисов. За счет этого в сравнении с известными предлагаемый способ упрощается, позволяет сократить время формирования ключа и повысить за счет этого скорость передачи ключа.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена структурная схема устройства, позволяющего реализовать заявляемый способ.
Устройство включает в себя блок управления однофотонными источниками БУИ, однофотонные источники излучения ИС1 и ИС2, логический элемент "ИЛИ" Л, смеситель оптического излучения СМ, поляризатор П, блок управления поляризатором БУП, волоконно-оптическая линия связи ВОЛС, калиброванный источник оптического излучения ИК, монохроматоры M1 и М2, блоки управления монохрома-торами БУМ1 и БУМ2, набор нейтральных светофильтров Н, блок управления коэффициентом поглощения набора нейтральных светофильтров БУН, анализатор А, блок управления анализатором БУА, счетчик фотонов СФ, подвижная механическая платформа МП.
Устройство функционирует следующим образом.
Перед началом передачи "сырого" ключа осуществляется калибровочный цикл. Во время этого цикла
при помощи подвижной механической платформы МП счетчик фотонов СФ устанавливается в положение 1 (см. чертеж). В положении 1 оптическое излучение от калиброванного источника оптического излучения ИК через монохроматор M1 и набор нейтральных светофильтров Н поступает на счетчик фотонов СФ. При помощи набора нейтральных светофильтров Н и блока управления коэффициентом поглощения набора нейтральных светофильтров БУН изменяют интенсивность оптического излучения, после чего по методике, описанной в [5], определяют длительность мертвого времени счетчика фотонов тм.
Затем определяют зависимость квантовой эффективности регистрации счетчика фотонов от длины волны оптического излучения. Для этого используют калиброванный источник оптического излучения ИК, который формирует оптическое излучение. Это излучение поступает на вход монохроматора M1, работой которого управляет блок управления монохроматором M1 БУМ1. С выхода блока управления монохроматором БУМ1 на второй вход монохроматора M1 подаются сигналы управления, в результате чего монохроматор М1 пропускает оптическое излучение только с определенной длиной волны, что позволяет на выходе M1 изменять длину волны оптического излучения путем подачи различных управляющих сигналов с выхода БУН. Далее оптическое излучение ослабляется при помощи набора нейтральных светофильтров Н и поступает на счетчик фотонов СФ, который его регистрирует. По полученной зависимости квантовой эффективности регистрации счетчика фотонов от длины волны оптического излучения определяют максимальное значение квантовой эффективности регистрации СФ Птах и длины волн оптического излучения А1 и А2, которым соответствует значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника 0,9r|max.
Далее вычисляют длительность времени передачи одного символа t по формуле (3) и число однофотонных импульсов N по формуле (2). Вычисленное значение t и измеренное тм заносят в блок управления однофотонными источниками БУИ. Длина волны оптического излучения источников ИС1 и ИС2 выбирается А1 и А2 соответственно. Количество однофотонных импульсов формируемых ИС1 и ИС2 в течение длительности времени передачи одного символа "сырого" ключа, выбирается на основании значения, вычисленного по формуле (2).
Устанавливают счетчик фотонов СФ в положение 2 (см. чертеж) при помощи подвижной механической платформы МП. На этом калибровочный цикл завершается, и начинается цикл передачи "сырого" ключа.
Цикл передачи "сырого" ключа осуществляется следующим образом. На входы блоков БУИ и БУП подается входная случайная последовательность двоичных символов "1" и "0" "сырого" ключа.
Блок управления однофотонными источниками БУИ при поступлении на его вход двоичного символа подает прямоугольные импульсы длительностью t через выход 1 на однофотонный источник излучения ИС1 или через выход 2 на однофотонный источник излучения ИС2. Причем БУИ для каждого двоичного символа, поступившего на его вход, случайным образом определяет номер выхода (1 или 2), на котором формируются прямоугольные импульсы.
При поступлении импульса на вход однофотонного источника излучения (ИС1 или ИС2) в течение времени t на его выходе формируется последовательность однофотонных импульсов количеством N и периодом следования тм. Однофотонные импульсы от ИС1 и ИС2 поступают соответственно на входы 1 и 2 смесителя оптического излучения СМ, который их смешивает и направляет на поляризатор П (см. чертеж).
Блок БУП управляет работой поляризатора П. При поступлении на вход БУП символа ("0" или "1") на его выходе формируется один из двух управляющих сигналов: один позволяет установить угол линейной поляризации поляризатора 0° (при поступлении символа "0"), а другой - 90° (при поступлении символа "1").
Это обеспечивает кодирование каждого символа "сырого" ключа линейно поляризованными состояниями фотонов под углом поляризации 0 и 90° при передаче символа "0" и символа "1" соответственно, при этом длина волны оптического излучения (А1 или А2) выбирается случайным образом.
После поляризатора П однофотонные импульсы поступают в волоконно-оптическую линию связи ВОЛС, образованную оптическим волокном, которое сохраняет поляризацию оптического излучения. Ввод оптического излучения в оптическое волокно осуществляется так, чтобы векторы напряженности электрического поля излучения ориентировались строго вдоль одной из двух осей двулучепреломления.
Прямоугольные импульсы с управляющих выходов 1 и 2 блока управления однофотонными источниками БУИ поступают на входы 1 и 2 соответственно логического элемента "ИЛИ" Л. В результате на выходе логического элемента "ИЛИ" Л формируется последовательность синхроимпульсов, которые передаются на входы блока управления монохроматором БУМ2, блока управления анализатором БУА и на второй управляющий вход счетчика фотонов СФ.
Блок управления монохроматором БУМ2 управляет работой монохроматора М2. При поступлении на вход БУМ2 синхроимпульса на его первом или втором выходе формируется сигнал. При каждом синхроимпульсе номер выхода БУМ2, на котором формируется управляющий сигнал, выбирается случайным образом. Первый и второй выходы БУМ2 подключены соответственно ко второму и третьему входам монохроматора М2. При наличии управляющего сигнала на втором входе М2 монохроматор М2 обеспечивает пропускание оптического излучения с длиной волны А1 и не пропускает оптическое излу
чение с длиной волны А2. При наличии управляющего сигнала на третьем входе М2 монохроматор М2 обеспечивает пропускание оптического излучения с длиной волны А2 и не пропускает оптическое излучение с длиной волны А1.
Блок управления анализатором БУА управляет работой анализатора А. При поступлении на вход БУА синхроимпульса на его первом или втором выходе формируется сигнал. При каждом синхроимпульсе номер выхода БУА, на котором формируется управляющий сигнал, выбирается случайным образом. Первый и второй выходы БУА подключены соответственно ко второму и третьему входам анализатора А. При наличии управляющего сигнала на втором входе А анализатор А обеспечивает пропускание оптического излучения, линейно поляризованного под углом 0°. При наличии управляющего сигнала на третьем входе А анализатор А обеспечивает пропускание оптического излучения, линейно поляризованного под углом 90°.
Это обеспечивает регистрацию каждого символа "сырого" ключа со случайным выбором угла линейной поляризации 0 или 90° и длины волны оптического излучения А1 или А2.
После анализатора А последовательность однофотонных импульсов поступает на счетчик фотонов СФ, который подсчитывает их количество.
Символы "сырого" ключа регистрируются на принимающей стороне только в том случае, когда угол поляризации и длина волны оптического излучения на передающей и принимающей сторонах совпали. Номера зарегистрированных символов "сырого" ключа образуют ключ и передаются в обратном направлении (от принимающей стороны к передающей).
Таким образом, предлагаемый способ позволяет уменьшить ошибку передачи данных, связанную с деполяризацией оптического излучения, упростить процедуру согласования базисов, в которых переданы и приняты символы при формировании ключа, и повысить за счет этого скорость передачи ключа.
Источники информации
1. Килин С.Я. Квантовая криптография: идеи и практика/С.Я. Килин; под ред. С.Я. Килин, Д.Б. Хо-рошко, А.П. Низовцев. - Минск: Белорус. наука, 2007. - С. 31, 157-176.
2. Румянцев К.Е. Квантовая связь и криптография: учебное пособие/К.Е. Румянцев, Д.М. Голубчиков. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - С. 90-92.
3. Дмитриев С.А. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспекти-вы/С.А. Дмитриев, Н.Н. Слепов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М: Техносфера, 2010. - С. 332.
4. Гулаков И.Р. Фотоприемники квантовых систем: монография/И.Р. Гулаков, А.О. Зеневич. -Минск: УО ВГКС, 2012. - С. 48.
5. Патент Республики Беларусь, №15925, G 01J 1/00, 2012.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ передачи ключа по волоконно-оптической линии связи, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют случайную последовательность двоичных символов; генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны А1; кодируют символы линейно поляризованными состояниями фотонов с выбором угла поляризации 0 и 90° при передаче символа "0" и символа "1" соответственно; синхронизируют работу передающей и принимающей сторон; передают однофотонные импульсы с длиной волны А1 по волоконно-оптической линии связи; анализатором поляризации оптического излучения случайным образом устанавливают угол поляризации оптического излучения 0 или 90° и регистрируют однофотонные импульсы фотоприемником, работающим в режиме счета фотонов; дополнительно перед началом передачи случайной последовательности двоичных символов измеряют зависимость квантовой эффективности регистрации фотоприемника от длины волны оптического излучения; определяют максимальное значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника r|max, а также длины волн оптического излучения А1 и А2, которым соответствует значение квантовой эффективности регистрации фотоприемника 0,9r|max; определяют минимальное время тм, необходимое для регистрации однофотонного импульса; задают вероятность ошибки регистрации однофотонных импульсов Р0; вычисляют число однофотонных импульсов, содержащихся в последовательности импульсов с длиной волны оптического излучения А1 и А2 по формуле ^=-(0,9nmax)-1lnP0; вычисляют длительность времени передачи одного символа по формуле t=-тм(0,9r|max)-1lnP0; на передающей стороне генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны А2; импульсы оптического излучения с длиной волны А2, передающие символы, линейно поляризуют состояниями фотонов с выбором угла поляризации 0 и 90° при передаче соответственно символа "0" и символа "1"; на передающей стороне генерируют случайным образом однофотонные импульсы с длиной волны А1 или с длиной волны А2, кодируют символы ключевой последовательности со случайным выбором длины волны А1 или А2 однофотонного импульса для каждого символа; передают однофотонные импульсы с длиной волны А2 по волоконно-оптической линии связи; на принимающей стороне для каждого символа монохроматором случайным образом устанавливают длину волны оптического излучения А1 или А2; в обратном направлении (от принимающей стороны к передающей) передают номера зарегистрированных символов, образующих ключ.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025791
- 1 -
025791
- 1 -
025791
- 1 -
025791
- 1 -
025791
- 1 -
025791
- 1 -
025791
- 4 -
025791
- 6 -
|
