[发明专利]基于无周期混沌同步的高速密钥安全分发系统及方法

说明书

本发明属于安全高速的密钥分发技术领域，具体为一种基于无周期混沌同步的高速密钥安全分发系统及方法，其中所述系统包括Alice通信方和Bob通信方，所述通信双方均包括半导体激光器、偏振控制器、光纤耦合器、功率计、光衰减器、示波器和啁啾光纤光栅，其中实施例一的通信双方中还包括相位调制器，实施例二的通信双方中还包括光开光、延迟线，本发明结构合理、设计巧妙，所述密钥分发方法原理可靠，实施性较强，容易操作；且利用本发明所述的方法进行通信，在密钥分发的过程中不需要进行私钥交换，避免了部分私钥泄露造成的安全性受威胁的问题，进一步保证了密钥分发的安全性。

技术领域

本申请是申请号为201810719806.4的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2018年07月03日，原申请的发明创造名称为基于无周期混沌同步的高速密钥安全分发系统及方法。

本发明属于安全高速的密钥分发技术领域，具体为基于无周期混沌同步的高速密钥安全分发系统及方法。

背景技术

保密通信是国家安全、社会稳定的重要条件。目前，现代信息安全技术的研究热点主要集中在信息加密技术方面。香农(Shannon)提出的“一次一密”是一种无法破解的加密方案。该方案指出如果用于加密明文的密钥长度不短于明文长度、足够随机而且只使用一次，则通信是绝对安全的。要想实现这种绝对安全的保密通信，需要在产生大量随机密钥的同时能够将其秘密分发到合法通信方。高速随机密钥的产生技术已经取得重要进展，如利用混沌激光器这一物理熵源可产生Gbit/s量级的随机密钥(Nature Photonics, Vol. 2,No. 12, pp. 728-732, 2008; Optics Express, Vol. 21, No. 17, pp. 20452-20462,2013; IEEE Photonics Journal, Vol. 9, No. 2, pp. 7201412-1-7201412-13, 2017)。在快速随机密钥的产生技术有望解决之后，安全高速的密钥分发就成为实现绝对安全保密通信的最后一个技术障碍。

现有的密钥分发方案主要分为基于算法的密钥分发和基于物理层的密钥分发。

基于算法的密钥分发主要依赖于算法的复杂性进行密钥分发，尽管此种密钥分发方法有足够高速的分发速率(Gbit/s)，但随着计算机处理速度的提升及算法的升级优化，导致这类密钥分发的安全性受到威胁。例如，1999年 DES算法被RSA公司的超级计算机破解；2015年，RSA算法被秀尔算法破解；2017年AES-256算法被碰撞攻击破解。

基于物理层的安全密钥分发，主要包括量子密钥分发和经典密钥分发。

量子密钥分发：量子密钥分发(QKD)是绝对安全的密钥分发方法，密钥信息通过量子态来编码，任何窃听都会对密钥产生干扰，从而被通信双方发现。但是受到单光子损耗的限制，每百公里需要中继，且密钥协商速率低，目前在自由空间中分发的最快速率为20-400bit/s(Nature Photonics., Vol. 11, pp. 509-513, 2017)。

经典密钥分发主要包括基于公共信道短时互易性的密钥分发、基于超长光纤激光器的密钥分发以及基于混沌同步的密钥分发。

1.基于公共信道短时互易性的密钥分发：首先利用具有自主随机变化的公共噪声信道作为物理随机信号源，再根据信道的“短时互易性”，合法用户通过导频信号测量“短时一致”的噪声信道特征。通过协商将信道特征转换为相关的密钥从而实现密钥分发。目前已见报道的密钥分发速率较低，仅为160bit/s(Optics Express, Vol. 21, No. 20, pp.23756-23771, 2013)。此外该密钥分发过程会泄露少量私钥给窃听者，在一定程度上削弱了密钥分发的安全性。