基于DFB激光器同步键控的物理密钥分发系统及方法

基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发系统及方法
技术领域
1.本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及光反馈dfb激光器，具体为基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发系统及方法。


背景技术：

2.保密通信事关国家安定、社会安全等诸多方面。绝对安全的保密通信是人类社会追求的目标。
3.香农（shannon）提出的“一次一密”加密方案可以实现绝对安全的保密通信，要求通信双方产生高速随机密钥并进行安全分发。因此，安全高速的密钥分发是实现绝对安全保密通信的核心技术之一。
4.现行的密钥分发方案主要分为基于数学算法的密钥分发和基于物理层的密钥分发。
5.1、基于数学算法的密钥分发。
6.目前，通信系统普遍采用数学算法进行加密，通信双方利用复杂的数学算法和一致的种子生成一致的随机密钥，完成密钥分发。但是，此类方案的安全性主要依赖数学算法的复杂度，如大整数的因子分解(rsa算法)、椭圆曲线的离散对数(ecc算法)等，复杂度越高密钥产生速率越低。这导致安全性与加解密速度是一对矛盾体。并且，数学算法加密的安全性是建立在窃听者仅具备有限的计算能力基础上。但随着计算机处理速度的提升以及算法的优化，此类密钥分发的安全性面临极大挑战。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。
7.2、基于物理层的密钥分发。
8.基于物理层的密钥分发安全性主要依赖于物理现象的真随机性和不可复制性，典型方案包括量子密钥分发、基于光纤激光器参数随机选择的密钥分发、基于光纤信道互易性的密钥分发以及基于混沌同步的密钥分发。
9.(1) 量子密钥分发。
10.量子密钥分发方案是无条件安全的：基于不确定性原理，窃听者无法准确获取量子态信息，且量子遵循不可克隆性原理，使得对量子密钥分发的窃听会对合法通信双方产生不可避免的干扰而被察觉。然而，单光子探测器的探测效率低使得密钥分发速率难以满足现代保密通信的速率需求。例如，在自由空间中量子密钥分发的最快速率仅为20-400bit/s。
11.(2) 基于光纤激光器参数随机选择的密钥分发。
12.基于超长光纤激光器的密钥分发是利用光纤通信路径组成光纤激光器的谐振腔，通信双方独立随机选择激光器参数，例如反射镜中心波长、腔长等，当双方选择的参数不同时，光纤激光器输出状态相同，窃听者无法得知双方的参数选取信息，而合法通信双方可以通过激光器输出信号特征与己方参数选择情况判断对方的选择信息，从而实现安全的密钥交换。例如，2014年英国学者a. el-taher利用距离为500km的拉曼光纤激光器实现了速率
为100bit/s的安全密钥分发。然而，此类方案中，激光信号须在光纤通信路径构成的谐振腔中多周重复传输才能实现1bit密钥分发，极大地限制了密钥分发速率。
13.(3) 基于光纤信道互易性的密钥分发。
14.基于光纤信道互易性的密钥分发方案，顾名思义是通信双方共享同一条光纤链路，光信号在其中传输时引入的噪声成分高度一致，信号的特征参量受噪声影响发生高度一致且随机的变化。通信双方将获得的高度相关的随机信号作为物理熵源，异地同时从各自检测信号中提取一致的随机密钥即可实现密钥分发。为了突破噪声带宽对密钥生成速率的影响，研究学者在光路中添加高频扰动装置，将速率提升至gbps。但长距离传输时，光纤信道的互易性很难继续维持很强水平，造成密钥误码率大，安全性差，甚至无法完成密钥分发过程。
15.(4) 基于混沌同步的密钥分发。
16.半导体激光器在外部扰动下可以产生丰富的非线性动力学状态即混沌，典型的扰动方式有：光反馈、光注入和光电反馈。半导体激光器混沌最显著的优点是宽带，大幅以及类噪声。基于这些特性，利用混沌激光器可以实时产生gbit/s量级，离线产生tbit/s量级的随机密钥。
17.参数匹配的激光器在单向注入、互耦合以及共同信号驱动情况下可以实现混沌同步，即产生具有高度相关性的时间序列。所以，混沌同步现象的实现与基于混沌信号的随机密钥的产生相结合，提供了一种基于混沌同步的密钥分发新思路。基于混沌同步的密钥分发方案是合法用户利用同步的混沌激光器作为相关信号源并利用独立随机的私钥对收发机进行键控，最后通过筛选相同私钥调制下的混沌时序提取一致密钥，实现密钥分发。例如，2012年利用振幅固定、相位随机的连续光作为驱动，实现了半导体激光器的混沌同步，并最终实现了分发速率为64kbit/s的密钥分发。2017年该小组利用振幅固定、相位随机的连续光作为驱动，实现了光子集成半导体激光器的混沌同步，并最终实现了速率为184kbit/s 的密钥分发。然而，闭环结构半导体激光器在同步与不同步切换过程中会存在数十ns的同步恢复时间，将此类方案的密钥分发速率限制在kbps量级。而开环结构半导体激光器的同步恢复时间较闭环结构降低数个量级，有望从量级上提高密钥分发速率。
18.综上，现有密钥分发方案存在或安全性差或分发速率低的问题。因此，有必要发明一种高速且安全的密钥分发技术，以解决“一次一密”绝对安全保密通信中高速密钥安全分发这一关键技术障碍。


技术实现要素：

19.为克服现有密钥分发方案存在或安全性差、或分发速率低技术缺陷，本发明提供了基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发系统及方法。
20.本发明公开了一种基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发系统，包括：超辐射发光二极管、隔离器、总耦合器、实时数字示波器以及合法通信的alice通信方和bob通信方，超辐射发光二极管产生的宽带信号经过隔离器单向输入至总耦合器后均分为两路分别传输至alice通信方和bob通信方；alice通信方包括第一可调衰减器、第一偏振控制器、第一耦合器、第二耦合器、第一dfb激光器、第一光环行器、第一掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、第一电光调制器、第
一任意波形发生器、第二可调衰减器、第一光电探测器；总耦合器的其中一路输出信号依次经过第一可调衰减器、第一偏振控制器后连接至第一耦合器的第一端，第一耦合器的第二端连接至第二耦合器的第一端，第二耦合器的第二端连接至第一dfb激光器，第二耦合器的第三端连接至第一光环形器的第一端，第一光环形器的第二端依次通过第一掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、第一电光调制器、第二可调衰减器后连接至第一光环形器的第三端，第一任意波形发生器与第一电光调制器相连用于控制第一电光调制器对光路进行开关键控，第一任意波形发生器的信号输出端还连接至实时数字示波器，第一耦合器的第三端通过第一光电探测器连接至实时数字示波器；bob通信方包括第三可调衰减器、第三偏振控制器、第三耦合器、第四耦合器、第二dfb激光器、第二光环行器、第二掺铒光纤放大器、第四偏振控制器、第二电光调制器、第二任意波形发生器、第四可调衰减器、第二光电探测器；总耦合器的另一路输出信号依次经过第三可调衰减器、第三偏振控制器后连接至第三耦合器的第一端，第三耦合器的第二端连接至第四耦合器的第一端，第四耦合器的第二端连接至第二dfb激光器，第四耦合器的第三端连接至第二光环形器的第一端，第二光环形器的第二端依次通过第二掺铒光纤放大器、第四偏振控制器、第二电光调制器、第四可调衰减器后连接至第二光环形器的第三端，第二任意波形发生器与第二电光调制器相连用于控制第二电光调制器对光路进行开关键控，第二任意波形发生器的信号输出端还连接至实时数字示波器，第三耦合器的第三端通过第二光电探测器连接至实时数字示波器；实时数字示波器对所有输入信号进行数据采集；最后将实时数字示波器采集到的alice通信方和bob通信方的数据传输至计算机，对比通信双方的私钥信息，私钥相同时通信双方实现同步，并从激光信号中提取一致密钥序列。
21.本发明中利用超辐射发光二极管产生的宽带光源作为驱动信号可以使得第一dfb激光器和第二dfb激光器产生的混沌信号不存在时延特征，并且光反馈dfb激光器在有反馈和无反馈两种情况下产生的激光信号相关性很低。通过开关键控第一dfb激光器和第二dfb激光器有无反馈光路，实现第一dfb激光器和第二dfb激光器输出信号同步和不同步的状态切换，同步恢复时间较闭环结构激光器的相位随机键控方案有所缩短，可以提高密钥分发的速率。
22.本发明还提供了基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发方法，是基于本发明所述的基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发系统实现的，包括以下步骤：
①
首先，超辐射发光二极管产生的宽带信号经过隔离器单向输入至总耦合器后均分为两路分别传输至alice通信方和bob通信方；
②
alice通信方和bob通信方信号传输路径相同，以alice通信方为例，总耦合器输出的信号输入第一可调衰减器中调节强度，后通过第一偏振控制器调节注入信号的偏振态，第一偏振控制器的输出信号依次经过第一耦合器、第二耦合器后注入到第一dfb激光器中，第一dfb激光器输出的激光信号一部分从第二耦合器的第三端输出后经过第一光环形器输入至第一掺铒光纤放大器中进行放大，经过放大的激光信号注入第二偏振控制器调节偏振态后依次经第一电光调制器、第二可调衰减器、第一光环形器、第二耦合器后反馈回第一dfb激光器中，第一电光调制器在第一任意波形发生器产生a方私钥的控制下对光路进行开关键控，第一dfb激光器输出的激光信号另一部分依次经过第二耦合器和第一耦合器后
从第一耦合器的第三端输出，输出的激光信号经过第一光电探测器后转化为电信号，再由实时数字示波器进行探测记录，第一任意波形发生器产生的a方私钥同样由实时数字示波器进行探测记录；同理，bob通信方中的第二任意波形发生器产生的b方私钥由实时数字示波器进行探测记录，激光信号经过第二光电探测器后转化为电信号，再由实时数字示波器进行探测记录；
③
最后将实时数字示波器采集到的alice通信方和bob通信方的数据传输至计算机，对比通信双方的私钥信息，当私钥相同时通信双方实现同步，并从激光信号中提取出一致密钥序列。
23.优选的，密钥分发协议为：当alice通信方和bob通信方的私钥相同且均为1时，第一dfb激光器和第二dfb激光器均为闭环结构，alice通信方和bob通信方实现同步，从激光信号中提取的一致密钥为x1；当alice通信方和bob通信方的私钥相同且均为0时，第一dfb激光器和第二dfb激光器均为开环结构，alice通信方和bob通信方实现同步，从激光信号中提取的一致密钥为x0；当alice通信方和bob通信方的私钥不相同时，alice通信方和bob通信方不同步，无法产生一致密钥。
24.本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：一、本发明利用宽带类噪声信号作为驱动源，其具有宽带的特点，使得窃听者无法完全观测时域的变化进而无法重构完整的驱动信号，有效地增强了密钥分发的安全性；进一步，本发明通过对dfb激光器的反馈光路进行开关控制，实现了同步状态的随机切换，dfb激光器的结构发生变化，进一步增强了密钥分发的安全性；二、本发明通过对dfb激光器反馈光路进行随机键控，使dfb激光器在开环结构和闭环结构之间进行切换，对比双方私钥序列，筛选私钥相同时提取的随机序列，实现一致密钥的产生，缩短了同步恢复时间，并利用了混沌激光信号的宽带优势，从而提高密钥分发速率；综上所述，本发明解决了现有密钥分发技术安全性差、分发速率慢的问题，为绝对安全的保密通信提供了一种安全高速的密钥分发方案。
附图说明
25.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明所述基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发系统的结构示意图；图2为本发明所述基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发方法的密钥分发协议示意图。
28.其中：1、超辐射发光二极管；2、隔离器；3、总耦合器；4a、第一可调衰减器；5a、第一偏振控制器；6a、第一耦合器；7a、第二耦合器；8a、第一dfb激光器；9a、第一光环行器；10a、第一掺铒光纤放大器；11a、第二偏振控制器；12a、第一电光调制器；13a、第一任意波形发生器；14a、第二可调衰减器；15a、第一光电探测器；4b、第三可调衰减器；5b、第三偏振控制器；6b、第三耦合器；7b、第四耦合器；8b、第二dfb激光器；9b、第二光环行器；10b、第二掺铒光纤
放大器；11b、第四偏振控制器；12b、第二电光调制器；13b、第二任意波形发生器；14b、第四可调衰减器；15b、第二光电探测器；16、实时数字示波器。
具体实施方式
29.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.在一个实施例中，如图1所示，基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发系统，包括：超辐射发光二极管1、隔离器2、总耦合器3、实时数字示波器16以及合法通信的alice通信方和bob通信方，超辐射发光二极管1产生的宽带信号经过隔离器2单向输入至总耦合器3后均分为两路分别传输至alice通信方和bob通信方；alice通信方包括第一可调衰减器4a、第一偏振控制器5a、第一耦合器6a、第二耦合器7a、第一dfb激光器8a、第一光环行器9a、第一掺铒光纤放大器10a、第二偏振控制器11a、第一电光调制器12a、第一任意波形发生器13a、第二可调衰减器14a、第一光电探测器15a；总耦合器3的其中一路输出信号依次经过第一可调衰减器4a、第一偏振控制器5a后连接至第一耦合器6a的第一端，第一耦合器6a的第二端连接至第二耦合器7a的第一端，第二耦合器7a的第二端连接至第一dfb激光器8a，第二耦合器7a的第三端连接至第一光环形器9a的第一端，第一光环形器9a的第二端依次通过第一掺铒光纤放大器10a、第二偏振控制器11a、第一电光调制器12a、第二可调衰减器14a后连接至第一光环形器9a的第三端，第一任意波形发生器13a与第一电光调制器12a相连用于控制第一电光调制器12a对光路进行开关键控，第一任意波形发生器13a的信号输出端还连接至实时数字示波器16，第一耦合器6a的第三端通过第一光电探测器15a连接至实时数字示波器16；bob通信方包括第三可调衰减器4b、第三偏振控制器5b、第三耦合器6b、第四耦合器7b、第二dfb激光器8b、第二光环行器9b、第二掺铒光纤放大器10b、第四偏振控制器11b、第二电光调制器12b、第二任意波形发生器13b、第四可调衰减器14b、第二光电探测器15b；总耦合器3的另一路输出信号依次经过第三可调衰减器4b、第三偏振控制器5b后连接至第三耦合器6b的第一端，第三耦合器6b的第二端连接至第四耦合器7b的第一端，第四耦合器7b的第二端连接至第二dfb激光器8b，第四耦合器7b的第三端连接至第二光环形器9b的第一端，第二光环形器9b的第二端依次通过第二掺铒光纤放大器10b、第四偏振控制器11b、第二电光调制器12b、第四可调衰减器14b后连接至第二光环形器9b的第三端，第二任意波形发生器13b与第二电光调制器12b相连用于控制第二电光调制器12b对光路进行开关键控，第二任意波形发生器13b的信号输出端还连接至实时数字示波器16，第三耦合器6b的第三端通过第二光电探测器15b连接至实时数字示波器16；实时数字示波器16对所有输入信号进行数据采集；最后将实时数字示波器16采集到的alice通信方和bob通信方的数据传输至计算机，对比通信双方的私钥信息，私钥相同时通信双方实现同步，并从激光信号中提取一致密钥序列。
32.本发明中，利用超辐射发光二极管1产生的宽带光源作为驱动信号可以使得dfb半导体激光器产生的混沌信号不存在时延特征，并且dfb激光器在有反馈和无反馈两种情况下产生的激光信号相关性很低。此发明基于开环结构的同步恢复时间较闭环结构的同步恢复时间更短，通信双方利用各自的私钥独立随机地对反馈光路进行开关键控，当私钥一致时，双方dfb激光器均为开环结构或者闭环结构，此时可以实现同步，当私钥不一致时，一方dfb激光器为开环结构，另一方dfb激光器为闭环结构，此时第一dfb激光器8a和第二dfb激光器8b输出的激光信号相关性低，无法用于熵源。本发明中dfb激光器在有无反馈光路，即开环和闭环结构之间进行切换，同步恢复时间较闭环结构相位随机改变密钥分发方案缩短，所以可以进一步提高密钥分发速率。
33.本发明还公开了基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发方法，是基于本发明所述的基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发系统实现的，包括以下步骤：
①
首先，超辐射发光二极管1产生的宽带信号经过隔离器2单向输入至总耦合器3后均分为两路分别传输至alice通信方和bob通信方；
②
alice通信方和bob通信方信号传输路径相同，alice通信方中，总耦合器3输出的信号输入第一可调衰减器4a中调节强度，后通过第一偏振控制器5a调节注入信号的偏振态，第一偏振控制器5a的输出信号依次经过第一耦合器6a、第二耦合器7a后注入到第一dfb激光器8a中，第一dfb激光器8a输出的激光信号一部分从第二耦合器7a的第三端输出后经过第一光环形器9a输入至第一掺铒光纤放大器10a中进行放大，经过放大的激光信号注入第二偏振控制器11a调节偏振态后依次经第一电光调制器12a、第二可调衰减器14a、第一光环形器9a、第二耦合器7a后反馈回第一dfb激光器8a中，第一电光调制器12a在第一任意波形发生器13a产生的a方私钥的控制下对光路进行开关键控，第一dfb激光器8a输出的激光信号另一部分依次经过第二耦合器7a和第一耦合器6a后从第一耦合器6a的第三端输出，输出的激光信号经过第一光电探测器15a后转化为电信号，再由实时数字示波器16进行探测记录，第一任意波形发生器13a产生的a方私钥同样由实时数字示波器16进行探测记录；同理，bob通信方中，总耦合器3输出的信号输入第三可调衰减器4b中调节强度，后通过第三偏振控制器5b调节注入信号的偏振态，第三偏振控制器5b的输出信号依次经过第三耦合器6b、第四耦合器7b后注入到第二dfb激光器8b中，第二dfb激光器8b输出的激光信号一部分注入第四耦合器7b，激光信号从第四耦合器7b的第三端输出后经过第二光环形器9b输入至第二掺铒光纤放大器10b中进行放大，经过放大的激光信号注入第四偏振控制器11b调节偏振态后依次经第二电光调制器12b、第四可调衰减器14b、第二光环形器9b、第四耦合器7b后反馈回第二dfb激光器8b中，第二电光调制器12b在第二任意波形发生器13b产生的b方私钥的控制下对光路进行开关键控，第二dfb激光器8b输出的激光信号另一部分依次经过第四耦合器7b和第三耦合器6b后从第三耦合器6b的第三端输出，输出的激光信号经过第二光电探测器15b后转化为电信号，再由实时数字示波器16进行探测记录，第二任意波形发生器13b产生的b方私钥同样由实时数字示波器16进行探测记录bob通信方中的第二任意波形发生器13b产生的b方私钥由实时数字示波器16进行探测记录，激光信号经过第二光电探测器15b后转化为电信号，再由实时数字示波器16进行探测记录；
③
最后将实时数字示波器16采集到的alice通信方和bob通信方的数据传输至计
算机，对比通信双方的私钥信息，当私钥相同时通信双方实现同步，并从激光信号中提取出一致密钥序列。
34.具体在一个实施例中，如图2所示，密钥分发协议为：当alice通信方和bob通信方的私钥相同且均为1时，第一dfb激光器8a和第二dfb激光器8b均为闭环结构，alice通信方和bob通信方实现同步，从激光信号中提取的一致密钥为x1；当alice通信方和bob通信方的私钥相同且均为0时，第一dfb激光器8a和第二dfb激光器8b均为开环结构，alice通信方和bob通信方实现同步，从激光信号中提取的一致密钥为x0；当alice通信方和bob通信方的私钥不相同时，alice通信方和bob通信方不同步，无法产生一致密钥。
35.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发系统，其特征在于，包括：超辐射发光二极管（1）、隔离器（2）、总耦合器（3）、实时数字示波器（16）以及合法通信的alice通信方和bob通信方，超辐射发光二极管（1）产生的宽带信号经过隔离器（2）单向输入至总耦合器（3）后均分为两路分别传输至alice通信方和bob通信方；alice通信方包括第一可调衰减器（4a）、第一偏振控制器（5a）、第一耦合器（6a）、第二耦合器（7a）、第一dfb激光器（8a）、第一光环行器（9a）、第一掺铒光纤放大器（10a）、第二偏振控制器（11a）、第一电光调制器（12a）、第一任意波形发生器（13a）、第二可调衰减器（14a）、第一光电探测器（15a）；总耦合器（3）的其中一路输出信号依次经过第一可调衰减器（4a）、第一偏振控制器（5a）后连接至第一耦合器（6a）的第一端，第一耦合器（6a）的第二端连接至第二耦合器（7a）的第一端，第二耦合器（7a）的第二端连接至第一dfb激光器（8a），第二耦合器（7a）的第三端连接至第一光环形器（9a）的第一端，第一光环形器（9a）的第二端依次通过第一掺铒光纤放大器（10a）、第二偏振控制器（11a）、第一电光调制器（12a）、第二可调衰减器（14a）后连接至第一光环形器（9a）的第三端，第一任意波形发生器（13a）与第一电光调制器（12a）相连用于控制第一电光调制器（12a）对光路进行开关键控，第一任意波形发生器（13a）的信号输出端还连接至实时数字示波器（16），第一耦合器（6a）的第三端通过第一光电探测器（15a）连接至实时数字示波器（16）；bob通信方包括第三可调衰减器（4b）、第三偏振控制器（5b）、第三耦合器（6b）、第四耦合器（7b）、第二dfb激光器（8b）、第二光环行器（9b）、第二掺铒光纤放大器（10b）、第四偏振控制器（11b）、第二电光调制器（12b）、第二任意波形发生器（13b）、第四可调衰减器（14b）、第二光电探测器（15b）；总耦合器（3）的另一路输出信号依次经过第三可调衰减器（4b）、第三偏振控制器（5b）后连接至第三耦合器（6b）的第一端，第三耦合器（6b）的第二端连接至第四耦合器（7b）的第一端，第四耦合器（7b）的第二端连接至第二dfb激光器（8b），第四耦合器（7b）的第三端连接至第二光环形器（9b）的第一端，第二光环形器（9b）的第二端依次通过第二掺铒光纤放大器（10b）、第四偏振控制器（11b）、第二电光调制器（12b）、第四可调衰减器（14b）后连接至第二光环形器（9b）的第三端，第二任意波形发生器（13b）与第二电光调制器（12b）相连用于控制第二电光调制器（12b）对光路进行开关键控，第二任意波形发生器（13b）的信号输出端还连接至实时数字示波器（16），第三耦合器（6b）的第三端通过第二光电探测器（15b）连接至实时数字示波器（16）；实时数字示波器（16）对所有输入信号进行数据采集；最后将实时数字示波器（16）采集到的alice通信方和bob通信方的数据传输至计算机，对比通信双方的私钥信息，私钥相同时通信双方实现同步，并从激光信号中提取一致密钥序列。2.基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发方法，其特征在于，是基于权利要求1所述的基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发系统实现的，包括以下步骤：
①
首先，超辐射发光二极管（1）产生的宽带信号经过隔离器（2）单向输入至总耦合器（3）后均分为两路分别传输至alice通信方和bob通信方；
②
alice通信方和bob通信方信号传输路径相同，以alice通信方为例，总耦合器（3）输出的信号输入第一可调衰减器（4a）中调节强度，后通过第一偏振控制器（5a）调节注入信号的偏振态，第一偏振控制器（5a）的输出信号依次经过第一耦合器（6a）、第二耦合器（7a）后注入到第一dfb激光器（8a）中，第一dfb激光器（8a）输出的激光信号一部分从第二耦合器
（7a）的第三端输出后经过第一光环形器（9a）输入至第一掺铒光纤放大器（10a）中进行放大，经过放大的激光信号注入第二偏振控制器（11a）调节偏振态后依次经第一电光调制器（12a）、第二可调衰减器（14a）、第一光环形器（9a）、第二耦合器（7a）后反馈回第一dfb激光器（8a）中，第一电光调制器（12a）在第一任意波形发生器（13a）产生的a方私钥的控制下对光路进行开关键控，第一dfb激光器（8a）输出的激光信号另一部分依次经过第二耦合器（7a）和第一耦合器（6a）后从第一耦合器（6a）的第三端输出，输出的激光信号经过第一光电探测器（15a）后转化为电信号，再由实时数字示波器（16）进行探测记录，第一任意波形发生器（13a）产生的a方私钥同样由实时数字示波器（16）进行探测记录；同理，bob通信方中的第二任意波形发生器（13b）产生的b方私钥由实时数字示波器（16）进行探测记录，激光信号经过第二光电探测器（15b）后转化为电信号，再由实时数字示波器（16）进行探测记录；
③
最后将实时数字示波器（16）采集到的alice通信方和bob通信方的数据传输至计算机，对比通信双方的私钥信息，当私钥相同时通信双方实现同步，并从激光信号中提取出一致密钥序列。3.根据权利要求2所述的基于dfb激光器同步键控的物理密钥分发方法，其特征在于，密钥分发协议为：当alice通信方和bob通信方的私钥相同且均为1时，第一dfb激光器（8a）和第二dfb激光器（8b）均为闭环结构，alice通信方和bob通信方实现同步，从激光信号中提取的一致密钥为x1；当alice通信方和bob通信方的私钥相同且均为0时，第一dfb激光器（8a）和第二dfb激光器（8b）均为开环结构，alice通信方和bob通信方实现同步，从激光信号中提取的一致密钥为x0；当alice通信方和bob通信方的私钥不相同时，alice通信方和bob通信方不同步，无法产生一致密钥。

技术总结
本发明涉及半导体器件技术领域，具体为基于DFB激光器同步键控的物理密钥分发系统及方法，解决了相应技术问题，其包括超辐射发光二极管、隔离器、耦合器、实时数字示波器以及Alice、Bob通信方；通信双方结构一致，均包括两个可调衰减器、两个偏振控制器、两个耦合器、DFB激光器、光环行器、掺铒光纤放大器、电光调制器、任意波形发生器、光电探测器。本发明通过对DFB激光器的反馈光路进行开关控制，实现了同步状态的随机切换，增强了密钥分发的安全性；使DFB激光器在开环结构和闭环结构之间进行切换，对比双方私钥，筛选私钥相同时的随机序列，实现一致密钥的产生，缩短了同步恢复时间，提高密钥分发速率。提高密钥分发速率。提高密钥分发速率。


技术研发人员：高华
受保护的技术使用者：山西工程科技职业大学
技术研发日：2023.08.10
技术公布日：2023/9/9