Устройство квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущей частоте модулированного излучения



Устройство квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущей частоте модулированного излучения
Устройство квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущей частоте модулированного излучения

 


Владельцы патента RU 2454810:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" ("НИУ ИТМО") (RU)

Изобретение относится к криптографической технике, а именно к системам квантовой рассылки криптографического ключа. Устройство квантовой рассылки ключа на поднесущих частотах модулированного излучения отличается тем, что в приемном устройстве электрооптический фазовый модулятор в приемном устройстве выполнен из двух расположенных по ходу излучения электрооптических фазовых модуляторов, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходом устройства сдвига фазы соответственно, причем выход первого электрооптического фазового модулятора оптически сопряжен с выходом второго электрооптического фазового модулятора, за модуляторами по ходу излучения установлено фарадеевское зеркало, оптически сопряженное с входом второго электрооптического фазового модулятора, а также введен оптический циркулятор, первый порт которого оптически сопряжен с волоконно-оптической линией связи, второй порт оптически сопряжен с входом первого электрооптического фазового модулятора, третий порт оптически сопряжен со спектральным фильтром, а четвертый порт оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, устройство синхронизации имеет третий и четвертый выходы, которые соединены с синхронизационными входами устройств сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно. Технический результат - понижение коэффициента квантовых ошибок, а также повышение скорости передачи и повышение степени защищенности криптографического ключа. 2 ил.

 

Изобретение относится к криптографической технике, а именно к системам квантовой рассылки криптографического ключа.

В соответствии с обычной терминологией криптографии в прототипе передающий и принимающий пользователи называются Alice (Алиса) и Bob (Боб). Передающее устройство Алиса содержит обычное устройство передачи и квантовую часть передатчика. Боб имеет приемное устройство, содержащее обычное приемное устройство и квантовое. Алиса и Боб общаются с помощью двух каналов, один из которых является публичным, а второй - квантовым.

Известно устройство квантовой рассылки криптографического ключа [Патент США №7266304, дата приоритета 04.09.2007. МКИ: Н04В 10/00; H04K 1/00], содержащее соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, передающее устройство, включающее, расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, выход которого оптически сопряжен с первым портом оптического циркулятора, первый спектральный фильтр, оптически сопряженный со вторым портом оптического циркулятора, и второй спектральный фильтр, оптически сопряженный с третьим портом оптического циркулятора, первый и второй приемники одиночных фотонов расположены за первым и вторым спектральными фильтрами соответственно по ходу излучения, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства и с входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно.

Стандартное оптическое волокно, используемое в волоконно-оптических линиях связи, обладает двулучепреломлением, которое носит случайный характер, в том числе зависит случайным образом от времени. Электрооптические фазовые модуляторы, используемые в волоконных линиях связи, в большом числе случаев чувствительны к поляризации излучения. Алиса может однозначно ввести фазу в сигнал, непосредственно излучаемый ее лазером. Однако при передаче этого сигнала по длинному волокну к Бобу состояние поляризации может непредсказуемо измениться. Кроме того, состояние поляризации может случайным образом зависеть от времени. Поскольку электрооптический фазовый модулятор Боба также чувствителен к состоянию поляризации проходящего через него излучения, результат модуляции сигнала с его стороны может случайно зависеть от времени. С учетом этих обстоятельств представленное устройство обладает следующими недостатками: высокий коэффициент квантовых ошибок, низкая скорость передачи секретного криптографического ключа и низкая степень защищенности секретного криптографического ключа.

Известно устройство квантовой рассылки криптографического ключа, выбранное в качестве прототипа [Патент США №6272224 В1, дата приоритет 07.04.2001. МКИ: H04L 9/08; H04K 1/00], содержащее, соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, выход которого оптически сопряжен со спектральным фильтром, который оптически сопряжен с приемником классического излучения и приемником одиночных фотонов, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства и с входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно, а также блок управления фазовым сдвигом, первый и второй выходы которого соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно.

Представленное устройство также имеет недостатки, связанные со случайным характером двулучепреломления оптического волокна, используемого в волоконно-оптических линиях связи. На протяжении линии передачи оптический сигнал произвольно меняет состояние поляризации, возникает поляризационная зависимость модуляции на приемном устройстве. Согласование оптических фаз излучения нарушается, что, в свою очередь, ведет к повышению коэффициента квантовых ошибок, уменьшению скорости передачи секретного криптографического ключа и снижению степени защищенности секретного криптографического ключа.

Изобретение решает задачу понижения коэффициента квантовых ошибок, повышения скорости передачи секретного криптографического ключа и повышения степени защищенности секретного криптографического ключа посредствам компенсации двулучепреломления волокна и поляризационной чувствительности модулятора в системе квантовой рассылки ключа на поднесущих частотах модулированного излучения.

Поставленная задача решается следующим образом. Устройство квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущих частотах модулированного излучения, содержащее, соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, приемник классического излучения, оптически сопряженный со спектральным фильтром и приемник одиночных фотонов, электрооптический фазовый модулятор подключен к устройству сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно.

Устройство отличается тем, что электрооптический фазовый модулятор в приемном устройстве выполнен из двух расположенных по ходу излучения электрооптических фазовых модуляторов, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходом устройства сдвига фазы соответственно, причем выход первого электрооптического фазового модулятора оптически сопряжен с выходом второго электрооптического фазового модулятора, за модуляторами по ходу излучения установлено фарадеевское зеркало, оптически сопряженное с входом второго электрооптического фазового модулятора, в приемное устройство введен оптический циркулятор, первый порт которого оптически сопряжен с волоконно-оптической линией связи, второй порт оптически сопряжен с входом первого электрооптического фазового модулятора, третий порт оптически сопряжен со спектральным фильтром, а четвертый порт оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, устройство синхронизации имеет третий и четвертый выходы, которые соединены с синхронизационными входами устройств сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующим.

В соответствии с изобретением передающее устройство содержит источник квазимонохроматического излучения с частотой ω0. Амплитуда сигнала источника квазимонохроматического излучения может быть представлена, как

Электрооптические фазовые модуляторы на передающем и приемном устройствах управляются синхронизованным гармоническим сигналом на поднесущей частоте Ω<<ω0, поступающим от генератора радиочастотных сигналов. Вводимую каждой стороной фазу можно описать следующим образом:

где А - индекс модуляции, а Ф - вносимый Алисой или Бобом фазовый сдвиг. В этом случае, как известно, на расстояниях от несущей частоты, кратных ±Ω, появляется множество боковых частот. При этом фазовые сдвиги ±Ф вводятся в оптические колебания на боковых частотах ω0±n*Ω (n - целое). Допуская, что А<<1, мы пренебрегаем всеми боковыми частотами, кроме двух ближайших к центральной частоте ω0±Ω.

Сигнал источника квазимонохроматического излучения удовлетворяет уравнению (1), тогда после фазовой модуляции на передающем устройстве этот сигнал можно описать следующим образом:

где ФА и φA(t) - фазы, вводимые Алисой. Интенсивность излучения

перераспределяется между тремя спектральными составляющими, некоторая доля исходного сигнала переходит на поднесущие частоты. Интенсивность излучения на поднесущих частотах пропорциональна А2.

На приемном устройстве сигнал подвергается повторной модуляции. Боб действует аналогично Алисе, вводя свою фазу в поднесущую частоту. После фазовой модуляции на приемном устройстве оптический сигнал имеет следующий вид:

где ФВ и φB(t) - фазы, вводимые Бобом. Интенсивность излучения вновь перераспределяется между тремя спектральными составляющими, некоторая доля исходного сигнала переходит на поднесущие частоты. Сигналы, перенесенные Алисой и Бобом на поднесущие частоты, интерферируют.

Используя (3) и (4), получаем вероятность р детектирования фотона на боковых частотах

где ρ≤1 - квантовая эффективность приемника одиночных фотонов, а µ<<1 - среднее число фотонов в импульсе на поднесущих частотах на выходе передающего устройства.

Интенсивность излучения на поднесущий частотах зависит от значений фазового сдвига, внесенных на передающем устройстве ФА и на приемном устройстве ФВ. В случае, когда модулирующие радиочастотные сигналы Алисы и Боба синфазны, т.е. разность фаз двух модулирующих радиочастотных сигналов равна нулю (ФАВ=0), на поднесущих частотах наблюдается конструктивная интерференция, и интенсивность оптического сигнала максимальна. В случае, когда модулирующие радиочастотные сигналы Алисы и Боба находятся в противофазе, т.е. разность фаз модулирующих сигналов равна π(ФАВ=π), наблюдается деструктивная интерференция, и интенсивность сигнала на поднесущих частотах фактически равняется нулю.

Излучение, поступившее от Алисы и прошедшее электрооптический фазовый модулятор Боба, попадает на фарадеевское зеркало. После отражения от фарадеевского зеркала вертикальная и горизонтальная компоненты поляризации излучения меняются местами. Излучение, отраженное от фарадеевского зеркала, проходит через электрооптический фазовый модулятор Боба в обратном направлении. Поэтому все изменения состояния поляризации излучения на его пути от передающего устройства к приемному устройству, при прохождении излучения через электрооптический фазовый модулятор Боба, компенсируются. Кроме того, с использованием фарадеевского зеркала при двойном проходе через модулятор Боба, поляризационная чувствительность модуляции также компенсируется.

При модуляции излучения электрическое поле, накладываемое на электрооптический кристалл, формируется в виде бегущей волны. В этом случае эффективность модуляции зависит от того, совпадают направления распространения радиоволны и оптической волны или нет.

Чтобы модуляция излучения не зависела от состояния его поляризации, эффективность модуляции не должна зависеть от направления распространения излучения. Для получения такой независимости вместо одного модулятора Боба используются два идентичных электрооптических фазовых модулятора, устанавливаемых последовательно таким образом, что выход одного модулятора оптически соединен с выходом второго модулятора, т.е. направления распространения бегущих электрических волн в этих модуляторах будут противоположны. В итоге имеет место полная компенсация двулучепреломления волокна и поляризационной чувствительности модулятора в устройстве квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущих частотах модулированного излучения, что приводит к понижению коэффициента квантовых ошибок, повышению скорости передачи секретного криптографического ключа и повышению степени защищенности секретного криптографического ключа.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 - схема установки квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущих частотах модулированного излучения. На фиг.2а - частотный спектр модулированного сигнала. На фиг.2б - частотный спектр модулированного сигнала в случае, когда разность фаз двух модулирующих сигналов равна нулю. На фиг.2в - частотный спектр модулированного сигнала в случае, когда разность фаз двух модулирующих сигналов равна π.

Заявляемое устройство содержит передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения 1, электрооптический фазовый модулятор 2 и аттенюатор 3, а также устройство сдвига фазы 4, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора 2, а вход устройства сдвига фазы 4 соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала 5, и приемное устройство, включающее оптический циркулятор 6, первый порт которого оптически сопряжен с волоконно-оптической линией связи 7, второй порт оптически сопряжен с входом первого электрооптического фазового модулятора 8, третий порт оптически сопряжен со спектральным фильтром 9, а четвертый порт оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов 10, выход первого электрооптического фазового модулятора 8 оптически сопряжен с выходом второго электрооптического фазового модулятора 11, фарадеевское зеркало 12 оптически сопряжено с входом второго электрооптического фазового модулятора 11, вход приемника классического излучения 13 расположен по ходу излучения за спектральным фильтром 9, управляющие входы электрооптических фазовых модуляторов 8 и 11 соединены с первым и вторым выходом устройства сдвига фазы 14, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала 15, волоконно-оптическая линия связи 7 оптически сопряжена с аттенюатором 3 передающего устройства. Устройство содержит блок синхронизации 16, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств (5 и 15 соответственно), а третий и четвертый выходы соединены с синхронизационным входом устройства сдвига фазы приемного и передающего устройств (4 и 14 соответственно).

Устройство работает следующим образом. Световой пучок генерируется источником монохроматического излучения 1. Излучение подвергается амплитудной или фазовой модуляции. В простейшем случае применяется периодическая синусоидальная модуляция. Источником синусоидального сигнала является генератор радиочастотного сигнала 5. В результате амплитудной модуляции в спектре сигнала появляются две боковые частоты, отстоящие от основной частоты оптического сигнала на величину частоты модулирующего радиочастотного сигнала (фиг.2а). В соответствии с изобретением боковые или, как их еще называют, поднесущие частоты используются для передачи квантовой информации. Далее световой пучок ослабляется с помощью аттенюатора 3. Интенсивность излучения на поднесущих частотах должна быть значительно ниже, чем на центральной частоте. Необходимо, чтобы среднее время между двумя генерируемыми фотонами в одном импульсе было больше, чем время передачи одного бита информации. Это условие обеспечивается изменением индекса модуляции, а именно регулировкой амплитуды модулирующего сигнала, осуществляющейся в генераторах радиочастотного сигнала 5 и 15. Ослабленный световой пучок на центральной частоте представляет собой опорный световой пучок. Информационный бит кодируется путем внесения в модулирующий сигнал некоторого фазового сдвига ФА. Фазовый сдвиг регулируется устройством сдвига фазы 4. Передающее устройство соединено с приемным устройством волоконно-оптической линией связи 7, представляющей собой квантовый канал. Модулированный сигнал передается на приемное устройство, где подвергается повторной модуляции. Боб на приемном устройстве использует свой генератор радиочастотного сигнала 15. В модулирующий сигнал Боб также вносит фазовый сдвиг ФВ, используя свое устройство фазового сдвига 14. Интенсивность излучения на поднесущий частотах зависит от значений фазового сдвига, внесенных на передающем устройстве ФА и на приемном устройстве ФВ. В случае, когда модулирующие радиочастотные сигналы Алисы и Боба синфазны, т.е. разность фаз двух модулирующих радиочастотных сигналов равна нулю (ФАВ=0), на поднесущих частотах наблюдается конструктивная интерференция, и интенсивность оптического сигнала максимальна (фиг.2б). В случае, когда модулирующие радиочастотные сигналы Алисы и Боба находятся в противофазе, т.е. разность фаз модулирующих сигналов равна π(ФАВ=π), наблюдается деструктивная интерференция, и интенсивность сигнала на поднесущих частотах фактически равняется нулю (фиг.2в).

Оптический циркулятор 6 последовательно направляет сигнал, пришедший из волоконно-оптической линии связи 7, к элементам приемного устройства. Из волоконно-оптической линии 7 связи сигнал попадает на первый порт оптического циркулятора 6 и направляется во второй порт. Из второго порта сигнал попадает на электрооптические фазовые модуляторы Боба 8 и 11 и фарадеевское зеркало 12, отражается от фарадеевского зеркала 12 и следует в обратном направлении и вновь попадает на второй порт оптического циркулятора 6. Из второго порта оптического циркулятора 6 сигнал направляется в третий порт. Из третьего порта оптического циркулятора 6 сигнал попадает на спектральный фильтр 9, где разделяются его спектральные составляющие. Сигнал на поднесущих частотах отражается от спектрального фильтра 9 и попадает в третий порт оптического циркулятора 6. Из третьего порта оптического циркулятора 6 сигнал направляется в четвертый порт, после чего следует на приемник одиночных фотонов 10.

Сигналы на основной частоте и на поднесущих частотах детектируются отдельно. Сигнал на основной частоте является опорным сигналом и детектируется приемником классического излучения 13. Его детектирование необходимо для подтверждения присутствия переданного информационного бита. Сигнал на поднесущих частотах регистрируется приемником одиночных фотонов 10. Анализируя сигналы на поднесущих частотах оптического излучения, интенсивность которых зависит от разности фаз двух модулирующих сигналов, Алиса и Боб получают секретный криптографический ключ и делают вывод о присутствии подслушивающего злоумышленника.

Устройство синхронизации 16 обеспечивает стабильность частоты модулирующих радиочастотных сигналов Алисы и Боба, а также контролирует тактовую частоту последовательности значений фазового сдвига на устройствах сдвига фазы 4 и 14.

Протокол квантовой рассылки криптографического ключа, используемый в заявляемой установке, аналогичен протоколу В92 Беннетта [6]. Алиса публично объявляет, что она будет использовать значения фазы ФА, равные 0 и π, для представления нуля и единицы соответственно. Затем она вводит эти значения фазы в свой модулятор, чередуя их случайным образом. Боб, не зная о том, какие фазы вводит Алиса, также вводит в свой модулятор случайные значения фазы ФВ, равные 0 либо π. Он может детектировать фотон на боковых частотах, только если ФАВ=0. Поэтому, как только Боб детектирует фотон, он уверенно определяет значение бита, передаваемое Алисой. Если Алиса передала N сигналов, то, с учетом того, что вероятность совпадения фаз Алисы и Боба равна 1/2, Боб детектировал ≈2µ N бит (µ<<1 - среднее число фотонов в импульсе на поднесущих частотах на выходе передающего устройства). Это число значительно меньше N.

После окончания передачи Боб объявляет публично, в каких интервалах времени он детектировал фотон, не сообщая, о том, какая фаза ФВ была им использована. Алиса удаляет из своего протокола все переданные сигналы, кроме сигналов, объявленных Бобом. Если отсутствовало вторжение в канал связи со стороны Евы, то Алиса и Боб оказываются единственными обладателями секретного криптографического ключа. Однако, поскольку используемый ими канал связи является незащищенным, Алисе и Бобу необходимо убедиться в отсутствии нелегитимного вторжения. Для этого они раскрывают полностью некоторую часть своих протоколов и сопоставляют их, используя любой канал связи.

В качестве конкретного примера выполнения предлагается устройство, содержащее в передающем устройстве источник монохроматического излучения, например одночастотный полупроводниковый лазер с волоконным выходом, с перестраиваемой длиной волны в диапазоне 1510-1560 нм и перестраиваемым значением выходной мощности от 3 до 10 мВт. В передающем и приемном устройствах используются волоконные электрооптические фазовые модуляторы бегущей волны, построенные на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ. Источником модулирующего сигнала как в приемном, так и в передающем устройствах является генератор радиочастотного сигнала (генератор, управляемый напряжением). Частота модулирующего сигнала равна 2.5 ГГц, амплитуда модулирующего сигнала регулируется с помощью встроенного усилителя на выходе генератора радиочастотного сигнала. Синхронизация генераторов радиочастотного сигнала на передающем и приемном устройствах осуществляется с помощью устройства фазовой автоподстройки частоты «ФАПЧ», встроенного в каждый генератор радиочастотного сигнала. ФАПЧ состоит из двух делителей частоты, которые делят частоту задающего генератора устройства синхронизации и генератора, управляемого напряжением, на четыре, фазового детектора, который сравнивает частоты генераторов и фильтра нижних частот (интегратора). При работе петли ФАПЧ частоты задающего генератора и генератора, управляемого напряжением, равны, а фазу возможно плавно регулировать в пределах 0-360° с помощью потенциометра путем внесения рассогласования в петлю ФАПЧ. Блок синхронизации состоит из задающего генератора, двух разветвителей 1×2 и генератора тактовой частоты. Высокочастотный сигнал от задающего генератора разветвляется по 2 линиям передачи и поступает к устройству ФАПЧ каждого генератора радиочастотного сигнала. Генератор тактовой частоты посылает через свой разветвитель 1×2 импульсы на синхронизационный вход устройства сдвига фазы. В приемном и передающем устройствах фазовый сдвиг вносится и регулируется устройством фазового сдвига, выполненного на основе ферритового фазовращателя. Синхронизационный вход устройства сдвига фазы соединен с генератором случайных состояний, например с шумящим вакуумным диодом. Шумящий вакуумный диод соединен с обмоткой магнитной системы фазовращателя, с помощью которой изменяется значение вносимого сдвига фазы радиочастотного сигнала. Световой пучок ослабляется с помощью переменного аттенюатора. Работа переменного оптического аттенюатора основана на изменении оптических потерь при введении между торцами световодов поглощающих фильтров. Для согласования излучающего и приемного торцов световодов в аттенюаторе применяются согласующие узлы, коллимирующие и фокусирующие излучение. Интенсивность излучения на поднесущих частотах устанавливается на уровне 0.1 фотона на 1 импульс. Под импульсом подразумевается временной интервал, в течение которого передается 1 информационный бит. Волоконно-оптическая линия связи представляет собой одномодовое волокно SMF-28 1550 нм. В приемном устройстве используется фарадеевское зеркало с волоконным входом/выходом. Для последовательного направления сигнала к элементам на приемном устройстве используется волоконный поляризационно-независимый оптический четырехпортовый циркулятор. Оптический циркулятор представляет собой многопортовое (обычно 3 или 4 порта) устройство с изолированными однонаправленными портами, обладающее возможностью разделения встречных лучей света и распределения их по соответствующим портам. Принцип работы оптического циркулятора базируется на эффекте невзаимного поворота плоскости поляризации (Эффект Фарадея) в фарадеевских вращателях. В оптическом циркуляторе реализована возможность использования двух перпендикулярных или ортогонально расположенных поляризированных плоскостей для передачи оптического сигнала. По одной из плоскостей оптический сигнал поступает в одну сторону, а по другой в обратную. В качестве спектрального фильтра используется волоконный интерферометр Фабри-Перо. Свободный спектральный интервал волоконного интерферометра Фабри-Перо должен превышать двойную величину частоты модулирующего сигнала. В данном конкретном случае свободный спектральный интервал волоконного интерферометра Фабри-Перо равен 7.5 ГГц. Приемник классического излучения состоит из p-i-n фотодиода и решающего устройства, сигнализирующего о наличии опорного импульса. Приемник одиночных фотонов построен на основе лавинного фотодиода и также включает в себя решающее устройство, счетчик и запоминающее устройство. Данные, полученные с приемника классического излучения и с приемника одиночных фотонов, обрабатываются компьютером.

Оптические фазы сигналов, вводимые Алисой и Бобом, должны быть согласованы с высокой точностью. В устройстве квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущих частотах модулированного излучения оптические фазы сигналов точно соответствуют фазам радиочастотных сигналов, используемых для модуляции излучения. Поэтому синхронизация передающего и приемного устройств значительно упрощается. Использование поднесущей частоты в квантовой криптографии позволяет заменить оптические интерферометры на радиочастотные устройства. Это существенно облегчает точное введение, согласование и поддержание оптической фазы, а также делает технологию квантовой криптографии хорошо совместимой с технологией волоконной оптической связи.

Заявляемое устройство компенсирует двулучепреломление, присутствующее в стандартном оптическом волокне и имеющее случайный характер. Также заявляемое устройство компенсирует чувствительность к поляризации электрооптических фазовых модуляторов, используемых на приемном устройстве. При передаче сигнала по длинному волокну к Бобу, состояние поляризации может непредсказуемо изменяться, однако это не повлияет на результат модуляции Боба и не повлечет за собой дополнительные ошибки при детектировании сигнала. Таким образом, заявляемое устройство обладает следующими преимуществами: низкий коэффициент квантовых ошибок, высокая скорость передачи секретного криптографического ключа и высокая степень защищенности секретного криптографического ключа.

Источники информации

1. Патент США №7266304, дата приоритета 04.09.2007. МКИ: Н04В 10/00; H04K 1/00.

2. Патент США №6272224 В1, дата приоритет 07.04.2001. МКИ: H04L 9/08; H04K 1/00.

3. Патент США №6028935, дата приоритета 22.02.2000. МКИ: H04L 9/08; H04L 009/12.

4. Патент США №5953421, дата приоритета 14.09.1999. МКИ: H04L 9/08; H04L 009/00.

5. Патент США №5764765, дата приоритета 09.06.1998. МКИ: H04L 9/08; H04L 009/08.

6. Bennet С.Н. Quantum cryptography using any two nonorthogonal states, Phys. Rev. Lett.68, 3121 (1992).

Устройство квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущих частотах модулированного излучения, содержащее соединенные посредством волоконно-оптической линии связи передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, приемник классического излучения, оптически сопряженный со спектральным фильтром, и приемник одиночных фотонов, электрооптический фазовый модулятор подключен к устройству сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно, отличающееся тем, что электрооптический фазовый модулятор в приемном устройстве выполнен из двух расположенных по ходу излучения электрооптических фазовых модуляторов, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходом устройства сдвига фазы соответственно, причем выход первого электрооптического фазового модулятора оптически сопряжен с выходом второго электрооптического фазового модулятора, за модуляторами по ходу излучения установлено фарадеевское зеркало, оптически сопряженное с входом второго электрооптического фазового модулятора, в приемное устройство введен оптический циркулятор, первый порт которого оптически сопряжен с волоконно-оптической линией связи, второй порт оптически сопряжен с входом первого электрооптического фазового модулятора, третий порт оптически сопряжен со спектральным фильтром, а четвертый порт оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, устройство синхронизации имеет третий и четвертый выходы, которые соединены с синхронизационными входами устройств сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к защите информации, а именно к обработке шифрования на основе алгоритма блочной шифровки. .

Изобретение относится к защите информации, а именно к способам активации терминала оператором. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в адаптивных системах специальной радиосвязи для передачи данных по радиоканалу в условиях воздействия комплекса преднамеренных помех.

Изобретение относится к сетевым технологиям, а именно к способу и устройству для совместного использования секретной информации между устройствами домашней сети. .

Изобретение относится к секретной связи, а именно к способу дескремблирования скремблированного информационного объекта (50a-50j) контента. .

Изобретение относится к телекоммуникационным технологиям, а именно к системам и способам для определения временной задержки для передачи запроса на обновление ключа.

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к сетевой связи, а именно, к системам и способам распределения ключа для защищенного обмена сообщениями. .

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к системам и способам для воссоединения второй группы узлов с первой группой узлов. .

Изобретение относится к передаче данных, а именно к системе и способу предоставления цифровых представлений идентификации (DIR)

Изобретение относится к системам связи, а именно к способу установления ключа защиты безопасности

Изобретение относится к обработке информации, а именно к устройству обработки информации для надлежащей регистрации информации политики (ИП)

Изобретение относится к передаче данных, а именно к способу генерации криптографического ключа

Изобретение относится к области криптографии, в основном к защищенному каналу с аутентификацией, в частности, для вычисления сеансовых ключей для создания таких каналов для защиты цифрового контента

Изобретение относится к области создания и проверки достоверности криптографически защищенных документов. Техническим результатом является обеспечение защиты документов от неавторизированного доступа. Объект, имеющий права владельца пространства имен, может создавать документ в авторизованном пространстве имен и подписывать документ секретным ключом. Другие объекты могут проверить правильность того, что документ был создан авторизованным владельцем пространства имен посредством использования открытого ключа, доступного в данных безопасности, ассоциированных с родительским документом для этого документа. Для корневого документа открытый ключ может быть доступным из службы каталогов. Владелец пространства имен может изменить владельца(ев) пространства имен, которым разрешено создавать потомков документа. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

В заявке описаны способы и устройство для аутентификации абонентов с использованием инфраструктуры открытых ключей (PKI) в среде IP-телефонии, такой как сеть IMS. Для аутентификации пользователя абонентского устройства при попытке получения доступа к сети IP-телефонии получают один или несколько индивидуальных ключей абонента из защищенной памяти, связанной с абонентским устройством; генерируют ключ целостности и ключ шифрования; шифруют ключ целостности и ключ шифрования с использованием сеансового ключа; шифруют сеансовый ключ открытым ключом сети IP-телефонии; и предоставляют зашифрованный сеансовый ключ, зашифрованный ключ целостности и зашифрованный ключ шифрования сети IP-телефонии для аутентификации. Также описан осуществляемый в сети способ аутентификации абонента в сети IP-телефонии. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области квантовой криптографии - системам квантового распределения криптографических ключей, а более конкретно способу кодирования и передачи криптографических ключей. Системы квантовой криптографии позволяют не только обнаруживать любые попытки несанкционированного вторжения в канал связи, но и гарантировать безусловную секретность передаваемых криптографических ключей при условии, что ошибка на принимающей станции в первичных ключах не превышает некоторой критической величины.Сущность способа состоит в том, что для серии классических синхронизирующих лазерных импульсов на передающей-принимающей станции создают поляризационные состояния при помощи поляризационного контроллера в одном из плеч интерферометра и поляризационного контроллера на выходе интерферометра, обеспечивающие интерференционную балансировку интерферометра, серию однофотонных состояний после отражения от зеркала в преобразующей станции детектируют на передающей-принимающей станции и по полученной статистике фотоотсчетов вычисляют допустимую ошибку, которую затем сравнивают с определенным пороговым значением ошибки для получения известного только на передающей-принимающей и преобразующей станциях криптографического ключа.Технический результат - расширение диапазона возможных искажений поляризации лазерных и однофотонных импульсов при передаче ключей между передающей-принимающей и преобразующими станциями, в котором гарантируется секретность криптографических ключей и снятие условия использования специального фарадеевского зеркала. 2 ил.
Наверх