Статья

Название статьи ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЛГОРИТМА ВХОЖДЕНИЯ В СИНХРОНИЗМ СИСТЕМЫ КВАНТОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧЕЙ
Автор К.Е. Румянцев, А.П. Плёнкин
Рубрика РАЗДЕЛ I. ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Месяц, год 08, 2015
Индекс УДК 621.396.624
DOI
Аннотация Исследована двухпроходная система квантового распределения ключа (СКРК) с фазовым кодированием состояний фотонов в режиме вхождения в синхронизм. Сигналы синхронизации представляют периодическую последовательность фотонных импульсов для защиты от несанкционированного доступа. Предложен алгоритм синхронизации двухпроходной автокомпенсационной СКРК с фазовым кодированием состояний фотонов, предполагающий деление периода следования оптических импульсов на временные окна и обнаружение сигнального окна. Особенность исследуемого алгоритма синхронизации состоит в том, что он реализуется в однофотонном режиме с регистрацией фотонов, повышая безопасность режима синхронизации СКРК. Вторая особенность алгоритма состоит в том, что при равенстве числа накопленных импульсов в двух соседних временных окнах принимается решение о приёме фотонного импульса любым из этих окон, если количество накопленных импульсов в нём превышает число зарегистрированных импульсов в остальных окнах. В известном алгоритме в таком случае оба окна принимались шумовыми, что являлось причиной пропуска сигнального окна. Для доказательства эффективности предлагаемого алгоритма синхронизации системы квантового распределения ключей проведено имитационное моделирование процесса синхронизации. Исходными данными при моделировании выступают длительность фотонного импульса 1 нс, период следования оптических импульсов 1024 нс, частота появления импульсов темнового тока 400 Гц, среднее число ФЭ, принимаемых за длительность фотонного импульса 0,01, объём выборки отсчётов регистрируемых импульсов в каждом временном окне 200. Число статистических испытаний принято равным 5 000. В процессе моделирования отношение длительности временного окна к длительности фотонного импульса принимает 10 дискретных значений 1; 2; 4; 8; 16; 32; 64; 128; 256 и 512. Установлено, что при изменении числа временных окон с 2 до 1024, разность предельных значений вероятности не превышает 3,34 %. Причём, наибольшее значение вероятности правильного обнаружения наблюдается при числе временных окон равном 2, где отношение длительности временного окна к длительности фотонного импульса равно 512. Предлагаемый алгоритм уменьшает вероятность принятия ошибочного решения при равенства числа накопленных импульсов в соседних сигнальных временных окнах при распределении между ними энергии фотонных импульсов. Выигрыш предлагаемого алгоритма очевиден при количестве окон более 512, когда вероятность принадлежности фотонного импульса двум окнам превышает 49 %. Снижение более чем в 4 раза вероятности принятия ошибочного решения достигается при числе окон 1024, т.е. когда длительность временного окна равна длительности фотонного импульса. Получено аналитическое выражение для инженерных расчётов вероятности правильного обнаружения. Максимальное отклонение результатов моделирования предложенного алгоритма и расчётов не превышает 1,5 %. Это доказывает возможность использования аналитических соотношений для расчёта вероятности правильного обнаружения момента приёма фотонного импульса в предложенном алгоритме вхождения в синхронизм автокомпенсационной системы квантового распределения ключей.

Скачать в PDF

Ключевые слова Система квантового распределение ключа; фотонный импульс; синхронизация; алгоритм; эффективность вхождения в синхронизм.
Библиографический список 1. Gisin N., Ribordy G., Tittel W., Zbinden H. Quantum cryptography // Reviews of Modern Physics. – 2002. – Vol. 74, No. 1. – P. 145-195.
2. Румянцев К.Е. Системы квантового распределения ключа: Монография. − Таганрог: Издательство ТТИ ЮФУ, 2011. − 264 с.
3. Голубчиков Д.М., Румянцев К.Е. Обобщённая структура систем квантового распределения ключей с фазовым кодированием состояний фотонов // Известия вузов России. Радиоэлектроника.  2011.  № 6.  С. 26-38.
4. Квантовая криптография: идеи и практика / Под ред. С.Я. Килина, Д.Б. Хорошко, А.П. Низовцева. – Минск: Беларуская навука, 2008. – 392 с.
5. Гальярди Р.М., Карп Ш. Оптическая связь: Пер. с англ. / Под ред. А.Г. Шереметьева. – М.: Связь. 1978. – 424 с.
6. Бычков С.И., Румянцев К.Е. Поиск и обнаружение оптических сигналов: Монография / Под ред. К.Е. Румянцева. – М.: Радио и связь, 2000. – 282 с.
7. Румянцев К.Е., Плёнкин А.П. Экспериментальные испытания телекоммуникационной сети с интегрированной системой квантового распределения ключей // Телекоммуникации. – 2014. – № 10. – С. 11-16. 8. Плёнкин А.П. Исследование режима вхождения в синхронизм при использовании фотонных импульсов системы квантового распределения ключа // Сборник материалов международного научного e-симпозиума «Физико-математические методы и информационные технологии в естествознании, технике и гуманитарных науках» – Москва, 27-28 декабря 2014 г. – С. 101-113.
9. Румянцев К.Е., Плёнкин А.П. Синхронизация системы квантового распределения ключа в режиме однофотонной регистрации импульсов для повышения защищенности // Радиотехника. – 2015. – № 2. – C. 125-134.
10. Курочкин В.Л., Курочкин Ю.В., Зверев А.В., Рябцев И.И., Неизвестный И.Г. Экспериментальные исследования в области квантовой криптографии // Фотоника. – 2012. – № 5. – С. 54-66.
11. Румянцев К.Е., Плёнкин А.П. Синхронизация системы квантового распределения ключа при использовании фотонных импульсов для повышения защищённости // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 8 (157). – С. 81-96.
12. Плёнкин А.П. Румянцев К.Е. Зависимость вероятности обнаружения фотонного импульса в режиме синхронизации системы квантового распределения ключей от длительности временного окна // Сборник материалов международного научного e-симпозиума. Технические и естественные науки: теория и практика. Россия, г. Москва, 27–28 марта 2015 г. / под ред. К.Е. Румянцева. – Киров: МЦНИП, 2015. – С. 59-72.
13. Scarani Valerio. Quantum Physics: A First Encounter: Interference, Entanglement, and Reality. Translated by Rachael Thew.  Oxford: University Press, Mar 2006.  125 p.
14. Практическая квантовая криптография // Презентационный материал. – 2-я зимняя школа. – 4–17 ноября 2010. – Компания id Quantique (Швейцария).
15. Bennett Ch.H., Bessette F., Brassard G., Salvail L., Smolin J. Experimental quantum cryptography // Journal of Cryptology. – 1992. – № 5. – P. 3-28.
16. Clavis. Plug & play quantum cryptography // id 3000. Specifications. id Quantique SA. – Ver. 2.1. – January 2005. – 2 p.
17. http://www.idquantique.com/wordpress/wp-content/uploads/id230-specs.pdf.
18. http://www.idquantique.com/photon-counting/photon-counting-modules/id220.
19. Румянцев К.Е., Плёнкин А.П. Моделирование процесса вхождения в синхронизм системы квантового распределения ключа при использовании для регистрации фотонных импульсов однофотонного лавинного фотодетектора для повышения защищённости // Свидетельство об официальной регистрации программного продукта для ЭВМ № 2015610876 РФ. Правообладатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южный федеральный
университет», г. Ростов-на-Дону (RU). Заявка 2014661772 от 20.11.2014. Дата регистрации 20.01.2015.
20. Румянцев К.Е., Плёнкин А.П. Моделирование процесса синхронизации системы квантового распределения ключа при использовании фотонных импульсов для повышения защищённости // Свидетельство об официальной регистрации программного продукта для ЭВМ № РФ. Правообладатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южный федеральный университет», г. Ростов-на-Дону (RU). 17 марта 2015. Заявка 2014660503 от 16.10.2014.
21. Шереметьев А.Г. Статистическая теория лазерной связи. – М.: Связь, 1971. – 264 с.

Comments are closed.