ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХЭТАПНОГО АЛГОРИТМА СИНХРОНИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ ВЫБОРА СМЕЖНОЙ ПАРЫ СЕГМЕНТОВ С МАКСИМАЛЬНЫМ СУММАРНЫМ ОТСЧЁТОМ В СИСТЕМЕ КРК
Аннотация
Предложен двухэтапный алгоритм синхронизации на основе выбора смежной пары сегмен-
тов с максимальным суммарным отсчётом в системе КРК. В основе алгоритма известный под-
ход к уменьшению времени вхождения в синхронизм – анализ смежных пар временных сегментов.
Отличительной особенностью предложенного алгоритма является обеспечение вероятности
успешного поиска и тестирования не хуже требуемого уровня. Необходимо отметить, благодаря
этапу тестирования производится отбраковка ошибочных решений, принятых на этапе поиска,
что позволяет минимизировать вероятность ложной синхронизации вследствие регистрации
шумовых импульсов. На этапе поиска аппаратура последовательно регистрирует суммарные
отсчёты со всех смежных пар сегментов. Далее выбирается пара сегментов с максимальным
суммарным отсчётом, причём отсчёт в одной из пар сегментов надёжно превышает значения
отсчётов со всех других пар сегментов, и аппаратура переходит к этапу тестирования. Тести-
рование состоит в опросе фотодетектора в течение импульса стробирования для повторной
регистрации отсчёта. В случае положительного тестирования процесс «грубой» оценки момента
приёма синхроимпульса считается успешно завершённым, в противном случае – аппаратура воз-
вращается к поиску в следующем кадре. Отметим, этапам поиска и тестирования соответст-
вуют предельно допустимые числа кадров и тестов соответственно. Получены аналитические
выражения для расчёта временных и вероятностных характеристик этапов поиска и тестиро-
вания предложенного алгоритма обнаружения на основе выбора смежной пары сегментов с мак-
симальным суммарным отсчётом, в том числе для расчёта допустимого числа кадров и тестов
при обеспечении требуемых вероятностей успешного поиска и тестирования соответственно.
Установлено, при увеличении среднего числа фотонов в синхроимпульсе средние числа кадров и
тестов, а также среднее время успешного поиска и тестирования значительно снижаются. На-
пример, при увеличении среднего числа фотонов в синхроимпульсе в 5 раз среднее число тестов для
успешного тестирования и среднее время успешного тестирования уменьшаются в 1,5 раза, а
допустимое число тестов – в 5 раз.
Литература
key distribution: a study guide]. Rostov-on-Donu: YuFU, 2011, 264 p.
2. Rumyantsev K.E. Kvantovye tekhnologii v telekommunikatsionnykh sistemakh: uchebnik [Quantum
technologies in telecommunication systems: textbook]. Rostov-on-Don; Taganrog: Izd-vo YuFU,
2021, 346 p.
3. Gisin N., Ribordy G., Tittel W., Zbinden H. Quantum cryptography, Reviews of Modern Physics, 2002,
Vol. 74, No. 1, pp. 145-195.
4. Rumyantsev K.E., Pljonkin A.P. Single-photon Synchronization Mode of Quantum Key Distribution
System, 2016 International Conference on Computational Techniques in Information and Communication
Technologies (ICCTICT), 2016, pp. 1-6.
5. Lindsey W.С. Synchronization Systems in Communication and Control. Prentice-Hall, Englewood
Cliffs, New Jersey, 1972.
6. Kurochkin V.L. i dr. Eksperimental'nye issledovaniya v oblasti kvantovoy kriptografii [Experimental
research in the field of quantum cryptography], Fotonika [Photonics], 2012, Vol. 5, pp. 54-66.
7. Rumyantsev K.E., Linenko P.D., Shakir H.H.-Sh. Evaluation of the Influence of the Dispersion Properties
of a Fiber-Optic Line on the Efficiency of an Algorithm for Single-Photon Synchronization of
Quantum Key Distribution System, Conference Proceedings - Radiation and Scattering of Electromagnetic
Waves, RSEMW 2019, 2019, pp. 392-395.
8. Mironov Ya.K., Mironova P.D. Veroyatnost' obnaruzheniya signal'nogo okna v algoritme poiska
fotonnogo impul'sa s razbieniem vremennogo intervala na vremennye okna [The probability of detecting
a signal window in the photon pulse search algorithm with a time interval split into time windows],
VI Vserossiyskaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya molodykh uchenykh, aspirantov,
magistrantov i studentov «Fundamental'nye i prikladnye aspekty komp'yuternykh tekhnologiy i informatsionnoy bezopasnosti»: Sb. statey Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii, 06-12
aprelya 2020 g. [VI All-Russian Scientific and Technical Conference of Young Scientists, postgraduates,
undergraduates and students «Fundamental and applied aspects of computer technology and information
security»: Collection of articles of the All-Russian Scientific and Technical Conference, 06-
12 April 2020]. Taganrog, 2020, pp. 135-138.
9. Mironov Y.K., Rumyantsev K.E. Single-Photon Algorithm for Synchronizing the System of Quantum
Key Distribution with Polling Sections of a Fiber-Optic Line, Communications in Computer and Information
Science, 2020, Vol. 1206, pp. 87-97. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-15-4451-4_8.
10. Mironov Y.K., Mironova P.D., Rumyantsev K.E. Methodology for calculating the average time of entry
into synchronism of stations of the system of quantum key distribution with sequential polling of fiberoptic
line sections with decreasing length by the graphic-analytical method, E3S Web of Conferences,
2020, Vol. 224, pp. 1-9.
11. Mironov Y., Mironova P., Rumyantsev K. Characteristics of a two-stage synchronization algorithm in
the system of quantum key distribution with dividing a fiber-optic line into sections with decreasing
length, ACM International Conference Proceeding Series, 2020, Paper No. 3433596, pp. 1-5.
12. Mironov Ya.K., Mironova P.D., Rumyantsev K.E. Veroyatnostnye kharakteristiki porogovogo
algoritma obnaruzheniya sinkhroimpul'sov v sisteme kvantovogo raspredeleniya klyucha na osnove
informatsii so smezhnoy pary vremennykh segmentov [Probabilistic Characteristics of a Threshold
Sync Detection Algorithm in a Quantum Key Distribution System Based on Information from an Adjacent
Pair of Time Segments], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering
Sciences], 2020, No. 4 (214), pp. 221-229.
13. Rumyantsev K.E., Mironova P.D., Shakir Khayder Khusseyn. Otsenka vliyaniya funktsional'nykh
elementov na parametry sistemy kvantovogo raspredeleniya klyucha na osnove protokola B92 [Evaluation
of the influence of functional elements on the parameters of the quantum key distribution system
based on the B92 protocol], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences],
2022, No. 4, pp. 63-77.
14. Rumyantsev K.E. Sinkhronizatsiya v sisteme kvantovogo raspredeleniya klyucha s avtomaticheskoy
kompensatsiey polyarizatsionnykh iskazheniy [Synchronization in a quantum key distribution system
with automatic compensation of polarization distortions], Telekommunikatsii [Telecommunications],
2017, No. 2, pp. 32-40.
15. Rumyantsev K.E., Rudinskiy E.A. Dvukhetapnyy vremennoy algoritm sinkhronizatsii v sisteme kvantovogo
raspredeleniya klyucha s avtomaticheskoy kompensatsiey polyarizatsionnykh iskazheniy, Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2017, No. 5 (190), pp. 75-89.
16. Rumyantsev K.E., Plenkin A.P. Sinkhronizatsiya sistemy kvantovogo raspredeleniya klyucha pri
ispol'zovanii fotonnykh impul'sov dlya povysheniya zashchishchennosti [Synchronization of the system
of quantum key distribution when using photon pulses to increase security], Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2014, No. 8, pp. 81-96.
17. Gal'yardi R.M., Karp Sh. Opticheskaya svyaz' [Optical communication]. Moscow: Svyaz', 1978, 424 s.
18. Mironova P.D. Algoritm obnaruzheniya sinkhrosignala v sisteme kvantovogo raspredeleniya klyucha na
osnove sravneniya summy otschetov so smezhnoy pary segmentov s porogovym urovnem [An algorithm for
detecting a sync signal in a quantum key distribution system based on comparing the sum of count from an
adjacent pair of segments with a threshold level], Digital Era: Mater. I Vserossiyskoy nauchno
prakticheskoy konferentsii [Digital Era: Materials of the I All-Russian scientific and practical conference].
Groznyy: Chechenskiy gosudarstvennyy universitet, 2021, pp. 91-94. DOI: 10.36684/38-2021-1-91-94.
19. Mironov YA.K., Mironova P.D., Rumyantsev K.E. Issledovanie kharakteristik algoritma sinkhronizatsii
sistemy kvantovogo raspredeleniya klyucha na osnove sravneniya chisla otschetov so smezhnoy pary
vremennykh okon s porogovym urovnem [Investigation of the characteristics of the synchronization
algorithm of the quantum key distribution system based on the comparison of the number of samples
from an adjacent pair of time windows with a threshold level], Fundamental'nye problemy
informatsionnoy bezopasnosti v usloviyakh tsifrovoy transformatsii: Sb. dokladov II Vserossiyskoy
nauchnoy konferentsii (s priglasheniem zarubezhnykh uchenykh), Stavropol', Rossiya Noyabr' 30,
2020 [Collection of reports of the II All-Russian scientific conference (with the invitation of foreign
scientists), Stavropol, Russia November 30, 2020]. Stavropol': SKFU, 2020, pp. 219-226.
20. Rumyantsev K.E., Mironova P.D. Veroyatnostnye kharakteristiki algoritma obnaruzheniya
sinkhrosignalov na osnove vybora smezhnoy pary segmentov s maksimal'nym summarnym otschetom
[Probabilistic characteristics of the algorithm for detecting sync signals based on the selection of an
adjacent pair of segments with the maximum total count], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki
[Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2023, No. 3 (233), pp. 96-107.
