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专利号: 2018107937583
申请人: 电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于后处理的混沌安全密钥分发系统,其特征在于,所述的安全密钥分发系统包括同步真随机数模块以及后处理模块(PPM),其中,

同步真随机数模块:包括同步物理随机源、光电转换模块(PD)、延时模块(Delay)、模数转换(ADC)模块以及异或模块(XOR),其中同步物理随机源包括驱动半导体激光器(Driving Semiconductor Laser,DSL)、半导体激光器1(Semiconductor Laser 1,SL1),半导体激光器2(Semiconductor Laser 2,SL2)以及随机控制参数生成器(RCPG);

DSL在外腔反馈的作用下产生初始混沌激光信号,将初始混沌激光信号作为驱动信号,通过公共信道单向注入到Alice端和Bob端;一路初始混沌激光信号在注入到SL1和SL2之前,通过设置Alice端和Bob端的RCPG生成的随机控制参数相同,使得SL1和SL2实现同步,从而产生通信双方同步的同步混沌激光信号;然后,通信双方分别将所述同步混沌激光信号经过PD、Delay、ADC以及XOR,产生通信双方同步的真随机数STRN;Alice端和Bob端的另一路初始混沌激光信号不经过处理直接通过PD、Delay、ADC以及XOR,产生控制序列dn传输给后处理模块;

后处理模块(PPM):采用交错停走算法(ASA),将所述STRN作为ASA算法的种子密钥,将所述控制序列dn作为所述ASA算法的控制序列,利用所述ASA算法对所述STRN进行后处理,得到最终密钥。

2.根据权利要求1所述的一种基于后处理的混沌安全密钥分发系统,其特征在于,所述的同步物理随机源还包括反射镜(R);激光器和反射镜组成带反馈的外腔半导体激光器,DSL在外腔反馈的作用下产生初始混沌激光信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于后处理的混沌安全密钥分发系统,其特征在于,所述的同步物理随机源还包括光衰减器(ATT),通信双方SL1和SL2的注入强度由所述RCPG控制的所述ATT来独立改变,增加了窃听难度。

4.根据权利要求3所述的一种基于后处理的混沌安全密钥分发系统,其特征在于,在混沌信号注入到SL1和SL2之前,Alice端和Bob端通过使用由RCPG控制的ATT来独立的改变注入强度;在这种情况下,只有当Alice端和Bob端的RCPG独立产生的随机控制参数相同时,SL1和SL2才能达到高质量的同步。

5.根据权利要求1所述的一种基于后处理的混沌安全密钥分发系统,其特征在于,将SL1/SL2所产生的同步混沌激光信号分为两路,一路在PD中完成光电转换,另一路则先经过延时模块,再在PD中完成光电转换;随后两路信号同时进入到ADC中,在ADC中完成模数转换,经过采样、量化、判决之后得到两组二进制序列;最后将所述两组二进制序列进行XOR异或操作即可得到一组同步的真随机数STRN。

6.根据权利要求1所述的一种基于后处理的混沌安全密钥分发系统,其特征在于,所述ASA算法具体描述如下:用一个序列来控制另外两个序列的输出;当控制序列序列1(Sequence 1,Seq1)输出为1时,序列2(Sequence 2,Seq2)被驱动,从而输出下一位,而序列

3(Sequence 3,Seq3)没有被驱动,所以重复输出上一位;而当Seq1输出为0时,此时Seq2没有被驱动,重复输出上一位,而Seq3被驱动,则输出下一位;最后,将Seq2的输出和Seq3的输出做异或运算,并将得到的异或输出再与STRN进行异或,所得输出序列即为该算法的输出。

7.根据权利要求6所述的一种基于后处理的混沌安全密钥分发系统,其特征在于,所述ASA算法的控制序列Seq1为所述控制序列dn;所述ASA算法的另外两个输入序列Seq2和Seq3则均为STRN;所述ASA算法的输出作为最终密钥。

8.根据权利要求7所述的一种基于后处理的混沌安全密钥分发系统,其特征在于,所述后处理模块还可将所述ASA算法调用多次来提高最终密钥的产生速率;

其中,当将所述ASA算法调用多次时,对于第1次调用,所述ASA算法的另外两个输入序列Seq2和Seq3均为STRN;对于第n次调用,n>1时,所述ASA算法的另外两个输入序列Seq2和Seq3均为前一次ASA算法的输出;多次调用后,将每次调用ASA算法的输出串联起来作为最终密钥。

9.根据权利要求1所述的一种基于后处理的混沌安全密钥分发系统,其特征在于,产生种子密钥的物理熵源可以不是混沌激光器,而是用混沌电路来产生。

10.一种基于后处理的混沌安全密钥分发方法,其特征在于,驱动半导体激光器(Driving Semiconductor Laser,DSL)在外腔反馈的作用下产生初始混沌激光信号,将初始混沌激光信号作为驱动信号,通过公共信道单向注入到Alice端和Bob端;一路初始混沌激光信号在注入到半导体激光器1(Semiconductor Laser 1,SL1)和半导体激光器2(Semiconductor Laser 2,SL2)之前,通过设置Alice端和Bob端的随机控制参数生成器(RCPG)生成的随机控制参数相同,使得SL1和SL2实现同步,从而产生通信双方同步的同步混沌激光信号;然后,通信双方分别将所述同步混沌激光信号经过光电转换、延时、模数转换以及异或,产生通信双方同步的真随机数STRN;Alice端和Bob端的另一路初始混沌激光信号不经过处理直接通过光电转换、延时、模数转换以及异或,产生控制序列dn;采用交错停走算法(ASA),将所述STRN作为ASA算法的种子密钥,将所述控制序列dn作为所述ASA算法的控制序列,利用所述ASA算法对所述STRN进行后处理,得到最终密钥。