Des bits aléatoires physiques ultra-rapides peuvent être générés en temps réel en combinant des sources d'entropie photonique à large bande avec des techniques de traitement de signal tout optique. Crédit :Pu Li @TUT et GUT.
Les systèmes cryptographiques et la sécurité des informations reposent sur des bits aléatoires imprévisibles et non manipulables qui sont de nature physique. En particulier dans le contexte des systèmes à clé privée qui permettent une sécurité inconditionnelle via la cryptographie « one-time-pad », le taux de génération en temps réel de bits physiques aléatoires détermine de manière critique le taux de communication sécurisé.
Le chaos optique présente un moyen fiable de générer des bits aléatoires rapides et en temps réel, en raison de sa bande passante élevée et de ses fluctuations de grande amplitude. Cependant, la plupart des générateurs de bits aléatoires basés sur le chaos optique effectuent leur quantification dans le domaine électrique à l'aide de convertisseurs électriques analogique-numérique, de sorte qu'un goulot d'étranglement électronique limite actuellement leurs débits en temps réel. Le grand écart entre les taux physiques de génération de bits aléatoires et les taux de communication modernes est une faiblesse fondamentale de ces systèmes de sécurité.
Comme indiqué dans Advanced Photonics , une équipe internationale de chercheurs de Chine et du Royaume-Uni a récemment proposé et démontré expérimentalement une nouvelle méthode de génération de bits aléatoires (RBG) entièrement optique. Les impulsions chaotiques sont quantifiées en un flux binaire aléatoire physique dans le domaine optique au moyen d'une longueur de fibre hautement non linéaire. Dans l'expérience de preuve de concept, ils ont réussi à générer un flux binaire aléatoire de 10 Gb/s dans un seul canal.
L'équipe note que le débit-temps actuel de 10 Gb/s n'est limité que par la bande passante chaotique adoptée. Leur schéma peut fonctionner potentiellement à des débits bien supérieurs à 100 Gb/s si la bande passante de la source d'entropie chaotique est suffisante, étant donné que la non-linéarité de Kerr de la fibre de silice avec une réponse ultrarapide de quelques femtosecondes est exploitée pour composer la partie clé de la quantification laser. désordre.
Schéma du RBG tout optique proposé :(a) chaos optique, (b) échantillonneur optique et (c) quantificateur optique. DFB, laser à semi-conducteur à rétroaction distribuée ; PC, contrôleur de polarisation ; VA, atténuateur optique variable ; FM, fibre miroir ; ISO, isolateur optique ; coupleur de fibre 3 dB, 3 dB ; BPD, photodiode équilibrée ; MLL, laser à verrouillage de mode ; EOM, modulateur électro-optique ; EDFA, amplificateur à fibre dopée à l'erbium ; HNLF, fibre hautement non linéaire ; BPF, filtre passe-bande optique. Crédit :Guo et al, 2022
Le RBG tout optique peut contourner efficacement la limitation de débit du traitement du signal électronique. Pour les applications futures, les circuits électriques pourraient éventuellement être complètement remplacés par des dispositifs uniquement optiques en raison des avantages pratiques des photons. Distribution de clés à 0,75 Gbit/s avec synchronisation du chaos par changement de mode
