Los bits aleatorios físicos ultrarrápidos se pueden generar en tiempo real mediante la combinación de fuentes de entropía fotónica de banda ancha con técnicas de procesamiento de señales totalmente ópticas. Crédito:Pu Li @TUT y GUT.
Los sistemas criptográficos y la seguridad de la información se basan en bits aleatorios impredecibles e inmanipulables que son de naturaleza física. Especialmente en el contexto de los sistemas de clave privada que permiten la seguridad incondicional a través de la criptografía "one-time-pad", la tasa de generación en tiempo real de bits aleatorios físicos determina críticamente la tasa de comunicación segura.
El caos óptico presenta una forma confiable de generar bits aleatorios rápidos y en tiempo real, debido a su alto ancho de banda y grandes fluctuaciones de amplitud. Sin embargo, la mayoría de los generadores de bits aleatorios que se basan en el caos óptico realizan su cuantificación en el dominio eléctrico utilizando convertidores eléctricos de analógico a digital, por lo que un cuello de botella electrónico actualmente limita sus tasas en tiempo real. La gran brecha entre las tasas de generación de bits aleatorios físicos y las tasas de comunicación modernas es una debilidad fundamental de estos sistemas de seguridad.
Como se informó en Advanced Photonics , un equipo internacional de investigadores de China y el Reino Unido propuso recientemente y demostró experimentalmente un nuevo método de generación de bits aleatorios (RBG) completamente óptico. Los pulsos caóticos se cuantifican en un flujo de bits aleatorio físico en el dominio óptico por medio de una longitud de fibra altamente no lineal. En el experimento de prueba de concepto, generaron con éxito un flujo de bits aleatorio de 10 Gb/s en un solo canal.
El equipo señala que la tasa de tiempo actual de 10 Gb/s solo está limitada por el ancho de banda del caos adoptado. Su esquema puede funcionar potencialmente a velocidades mucho más altas que 100 Gb/s si el ancho de banda de la fuente de entropía caótica es suficiente, teniendo en cuenta que la no linealidad de Kerr de la fibra de sílice con una respuesta ultrarrápida de unos pocos femtosegundos se aprovecha para componer la parte clave del láser de cuantificación. caos.
Esquema del RBG totalmente óptico propuesto:(a) caos óptico, (b) muestreador óptico y (c) cuantificador óptico. DFB, láser semiconductor de retroalimentación distribuida; PC, controlador de polarización; VA, atenuador óptico variable; FM, espejo de fibra; ISO, aislador óptico; acoplador de fibra de 3 dB, 3 dB; BPD, fotodiodo balanceado; MLL, láser de modo bloqueado; EOM, modulador electro-óptico; EDFA, amplificador de fibra dopada con erbio; HNLF, fibra altamente no lineal; BPF, filtro de paso de banda óptico. Crédito:Guo y otros, 2022
RBG totalmente óptico puede eludir efectivamente la limitación de velocidad del procesamiento de señales electrónicas. Para aplicaciones futuras, los circuitos eléctricos pueden eventualmente ser reemplazados completamente por dispositivos únicamente ópticos debido a las ventajas prácticas de los fotones. Distribución de claves de 0,75 Gbit/s con sincronización de caos de codificación por cambio de modo
