Ultrasnabba fysiska slumpmässiga bitar kan genereras i realtid genom att kombinera bredbandsfotoniska entropikällor med helt optiska signalbehandlingstekniker. Kredit:Pu Li @TUT och GUT.
Kryptografiska system och informationssäkerhet är beroende av oförutsägbara, omanipulerbara slumpmässiga bitar som är fysiska till sin natur. Speciellt i samband med privata nyckelsystem som möjliggör ovillkorlig säkerhet via "one-time-pad" kryptografi, bestämmer realtidsgenereringshastigheten av fysiska slumpmässiga bitar kritiskt den säkra kommunikationshastigheten.
Optiskt kaos presenterar ett tillförlitligt sätt att generera snabba och slumpmässiga bitar i realtid, på grund av dess höga bandbredd och stora amplitudfluktuationer. Men de flesta slumpmässiga bitgeneratorer som är baserade på optiskt kaos utför sin kvantisering i den elektriska domänen med hjälp av elektriska analog-till-digital-omvandlare, så en elektronisk flaskhals begränsar för närvarande deras realtidshastigheter. Det stora gapet mellan de fysiska slumpmässiga bitgenereringshastigheterna och moderna kommunikationshastigheter är en grundläggande svaghet hos dessa säkerhetssystem.
Som rapporterats i Avancerad fotonik , ett internationellt team av forskare från Kina och Storbritannien föreslog nyligen och demonstrerade experimentellt en ny, helt optisk metod för slumpgenerering (RBG). Kaotiska pulser kvantiseras till en fysisk slumpmässig bitström i den optiska domänen med hjälp av en längd av mycket olinjär fiber. I proof-of-concept-experimentet genererade de framgångsrikt en 10 Gb/s slumpmässig bitström i en enda kanal.
Teamet noterar att den nuvarande hastighetstiden på 10 Gb/s endast begränsas av den antagna kaosbandbredden. Deras schema kan fungera potentiellt med mycket högre hastigheter än 100 Gb/s om bandbredden för den kaotiska entropikällan är tillräcklig, med tanke på att Kerr-olinjäriteten hos kiseldioxidfiber med ett ultrasnabbt svar på några femtosekunder utnyttjas för att komponera nyckeldelen av kvantisering av laser kaos.
Schematisk beskrivning av den föreslagna heloptiska RBG:(a) optiskt kaos, (b) optisk provtagare och (c) optisk kvantiserare. DFB, distribuerad återkopplingshalvledarlaser; PC, polarisationskontroller; VA, variabel optisk dämpare; FM, fiberspegel; ISO, optisk isolator; 3 dB, 3 dB fiberkopplare; BPD, balanserad fotodiod; MLL, lägeslåst laser; EOM, elektrooptisk modulator; EDFA, Erbium-dopad fiberförstärkare; HNLF, mycket olinjär fiber; BPF, optiskt bandpassfilter. Kredit:Guo et al, 2022
Heloptisk RBG kan effektivt kringgå hastighetsbegränsningen för elektronisk signalbehandling. För framtida tillämpningar kan elektriska kretsar så småningom helt ersättas av enbart optiska enheter på grund av de praktiska fördelarna med fotoner. + Utforska vidare
