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Jan 24, 2024

Photonen können echtes ermöglichen

2. Mai 2022 von

2. Mai 2022

von SPIE – International Society for Optics and Photonics

Kryptografische Systeme und Informationssicherheit basieren auf unvorhersehbaren, nicht manipulierbaren Zufallsbits, die physikalischer Natur sind. Insbesondere im Zusammenhang mit privaten Schlüsselsystemen, die bedingungslose Sicherheit über „One-Time-Pad“-Kryptografie ermöglichen, bestimmt die Echtzeit-Generierungsrate physischer Zufallsbits entscheidend die sichere Kommunikationsrate.

Optisches Chaos bietet aufgrund seiner hohen Bandbreite und großen Amplitudenschwankungen eine zuverlässige Möglichkeit, schnelle Zufallsbits in Echtzeit zu erzeugen. Allerdings führen die meisten Zufallsbitgeneratoren, die auf optischem Chaos basieren, ihre Quantisierung im elektrischen Bereich mithilfe elektrischer Analog-Digital-Wandler durch, sodass ihre Echtzeitraten derzeit durch einen elektronischen Engpass begrenzt sind. Die große Lücke zwischen den physikalischen Zufallsbit-Generierungsraten und modernen Kommunikationsraten ist eine grundlegende Schwäche dieser Sicherheitssysteme.

Wie in Advanced Photonics berichtet, hat ein internationales Forscherteam aus China und dem Vereinigten Königreich kürzlich eine neuartige, rein optische Zufallsbitgenerierungsmethode (RBG) vorgeschlagen und experimentell demonstriert. Chaotische Impulse werden im optischen Bereich mithilfe einer stark nichtlinearen Faserlänge in einen physikalischen Zufallsbitstrom quantisiert. Im Proof-of-Concept-Experiment gelang es ihnen, einen zufälligen Bitstrom mit 10 Gbit/s in einem einzelnen Kanal zu generieren.

Das Team stellt fest, dass die aktuelle Geschwindigkeit von 10 Gbit/s nur durch die angenommene Chaos-Bandbreite begrenzt ist. Ihr Schema kann möglicherweise mit viel höheren Raten als 100 Gbit/s betrieben werden, wenn die Bandbreite der chaotischen Entropiequelle ausreichend ist, wenn man bedenkt, dass die Kerr-Nichtlinearität der Quarzglasfaser mit einer ultraschnellen Reaktion von wenigen Femtosekunden für den Aufbau des Schlüsselteils des Quantisierungslasers ausgenutzt wird Chaos.

Volloptisches RBG kann die Geschwindigkeitsbegrenzung der elektronischen Signalverarbeitung effektiv umgehen. Für zukünftige Anwendungen könnten elektrische Schaltkreise aufgrund der praktischen Vorteile von Photonen möglicherweise vollständig durch ausschließlich optische Geräte ersetzt werden.

Mehr Informationen: Ya Guo et al., Ultraschnelle physikalische Zufallsbitextraktion in Echtzeit mit rein optischer Quantisierung, Advanced Photonics (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.3.035001

Bereitgestellt von SPIE – International Society for Optics and Photonics