[发明专利]一种基于后处理的混沌安全密钥分发方法及系统

说明书

本发明提供一种基于后处理的混沌安全密钥分发方案。该方案包括同步真随机数模块以及后处理模块。在本发明中，通信双方通过使用由随机控制参数生成器控制的光衰减器来独立的改变驱动信号的注入强度。只有当通信双方的注入强度是相同的时候，通信双方的响应激光器才能达到很好的同步，产生同步的真随机数。然后将同步的真随机数作为后处理模块中交错停走算法的种子密钥，通过多次调用来提高密钥的产生速率。经过测试，最终密钥能够通过15个NIST测试。

技术领域

本发明涉及混沌、半导体激光器、密钥分配等领域，适用于点对点和点对多点的保密通信系统。

技术背景

近年来，随着通信技术的快速发展，人们的生活发生了巨大的变化，通信使人们的生活变得更加地方便快捷，但是随之而来的信息隐患也越来越严重，因此保密通信也越来越受到人们的关注。现今，保密通信已成为网络通信的重要研究部分。保密通信系统的安全性主要取决于通信双方所使用的密钥，以及在密钥分发过程中密钥被第三方窃取的可能性大小。因此，安全的密钥分发就显得尤其的重要。

对于基于混沌半导体激光器的密钥分发方案，在文献[Yoshimura K,MuramatsuJ,Davis P,et al.Secure key distribution using correlated randomness in lasersdriven by common random light[J].Physical review letters,2012,108(7):070602.]中，作者提出了一种基于相关物理随机的密钥分发方案。在文献[Xue C,Jiang N,Qiu K,etal.Key distribution based on synchronization in bandwidth-enhanced random bitgenerators with dynamic post-processing[J].Optics express,2015,23(11):14510-14519.]中，作者提出在驱动-响应同步的随机码发生器中，使用动态后续处理来实现密钥分发方案。在文献[Xue C,Jiang N,Lv Y,et al.Secure key distribution based ondynamic chaos synchronization of cascaded semiconductor laser systems[J].IEEETransactions on Communications,2017,65(1):312-319.]中，作者采用级联的半导体激光器来实现混沌同步密钥分发。在安全密钥分发中，为了得到同步的随机数，现有的方案在模数转换的过程中采用的是单比特采样，而且必须要保证物理随机源的私密同步，防止物理随机源的泄露，由此限制了同步随机数的产生速率。

本发明提出了一种基于后处理的混沌安全密钥分发方法及系统。本发明基于物理随机数生成器和后处理技术，将通信双方所产生的同步真随机数作为后处理模块中交错停走算法的种子密钥，实现了一种高速，可靠的密钥分发。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于后处理的混沌安全密钥分发方法及系统，在注入锁定机制和对称性操作的作用下，相同的注入强度会使得通信双方能够实现非常好的同步效果。然后将通信双方所产生的同步真随机数作为交错停走算法的种子密钥，进行后处理，即可实现一种高速、可靠的密钥分发。

为实现上述发明目的，本发明提出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)；