基于光通信物理层的密钥分发与加密控制系统研究

作者：刘宇明; 刘问宇; 崔晨; 程涛; 王祥青; 李亚杰; 雷超; 张杰^*

来源：电力信息与通信技术, 2020, 18(12): 1-8.

DOI：10.16543/j.2095-641x.electric.power.ict.2020.12.001

• 信道特征提取
• 密钥分发
• 误码率(BER)
• 高阶QAM调制

随着大容量、高速率网络的快速发展,光通信安全成为主要的研究热点。由于传统的密钥分发与加密方案的局限性,文章提出一种物理层信道特征提取技术,实现了密钥分发与加密控制系统。方案采用10 Gbit/s 200 km高阶正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)的传输系统。首先,Alice与Bob分别提取光纤信道物理特征误码率(Bit Error Ratio,BER),通过量化编码生成一致性密钥。其次,利用生成的密钥基对传送序列进行加密,将正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)信号映射到高阶1 024×1 024 QAM信号上,并利用噪声流对高阶1 024×1 024 QAM信号淹没。该系统由于信道不可复制性和信道噪声的随机性,密钥的安全性和随机性好,并且密钥成码率高、产生密钥设备简单,系统使用高阶QAM调制,增加了系统的安全性。实验结果表明,系统生成的密钥的成码率达到400 kbit/s,密钥的随机性好。利用产生的密钥对传输系统进行加密,200 km传输链路接收方BER较低,传输性能好。

• 单位
  信息光子学与光通信国家重点实验室; 北京邮电大学; 云南电力调度控制中心