レーザカオスを用いた高秘匿光通信方式の開発

利用激光混沌开发高度保密的光通信方法

基本信息

批准号：
13750050
负责人：
内田淳史
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Takushoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750050/
关键词：
レーザカオスセキュリティ光通信秘匿通信カオス同期

项目摘要

IT時代の基盤技術となる全世界規模の光通信ネットワークは既に不可欠なインフラストラクチャとして定着しつつあるが、伝送時における情報セキュリティ問題は最重要課題であるにもかかわらず現在未解決のままである。従来のセキュリティ通信方式はコンピュータのソフトウェアで作成された暗号コードを用い、その秘匿性は計算量複雑性に起因しているが、これは近年提案されている量子コンピュータや次世代の超高速コンピュータにより原理的に解読可能となる。そこで従来の手法とは異なる、「原理的に安全な」通信手法の開発は緊急課題であり、本研究ではレーザカオスを利用した高秘匿光通信システムの開発を行った。従来のカオス秘匿通信方式では単にカオス自身にメッセージを埋め込む手法が主であったが、本研究ではカオス信号自身をメッセージとして用いる「Chaotic on-off keying」法を新たに提案し、実験的実証に成功した。カオス的レーザ出力に外部強度変調をオン・オフしてデジタル信号と見做し、受信側ではカオス同期の精度の変化を利用して復号化を達成した。変調の有無に関わらず伝送信号の統計的性質は完全に一致しているため、伝送信号からメッセージ信号の解読は原理的に不可能であり、非常に高秘匿な通信システムが実現できた。また、従来の光注入型レーザカオス同期法では二つのレーザ間でのパラメータ誤差に対する同期許容幅が広く、第三者のレーザにおいても盗聴可能であるという重大な欠点を有する。そこで本研究では新たなカオス同期法として、二つのレーザ強度の差信号を受信側の励起電流にフィードバックする「インコヒーレントカオス同期法」を提案し、その有用性を証明した。二つのレーザのパラメータ誤差に対する同期許容幅はいずれのパラメータに対しても1%未満と非常に狭く、秘匿通信用のカオス同期法として非常に適していることが分かった。

全球光通信网络作为IT时代的基础技术，已经成为必不可少的基础设施，但传输过程中的信息安全问题仍然是最重要的问题。传统的安全通信方法使用计算机软件创建的密码，其保密性是由于计算的复杂性，但近年来提出的量子计算机和下一代超高速计算机将改善这一点。原理，它变得可破译。因此，开发一种不同于常规方法且“原则上安全”的通信方法是一个紧迫的问题，在这项研究中我们开发了一种利用激光混沌的高度保密的光通信系统。在传统的混沌秘密通信方法中，主要方法是简单地在混沌本身中嵌入消息，但在本研究中，我们提出了一种新的“混沌开关键控”方法，该方法使用混沌信号本身作为消息，并进行实验演示成功。通过开启和关闭外部强度调制，将混沌激光输出视为数字信号，并利用混沌同步精度的变化在接收端实现解码。由于无论是否存在调制，传输信号的统计特性都完全相同，因此理论上不可能从传输信号中破译消息信号，从而可以创建高度保密的通信系统。此外，传统的光注入型激光混沌同步方法对于两个激光器之间的参数误差具有较宽的同步容限，并且具有严重的缺点，即可能窃听第三方的激光器。因此，在本研究中，我们提出了一种新的混沌同步方法，称为“非相干混沌同步方法”，将两个激光强度之间的差异信号反馈到接收侧的激励电流，并证明了其有用性。两个激光器之间的参数误差同步容差极窄，所有参数都小于1%，非常适合作为秘密通信的混沌同步方法。