CN113067700A - 基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法及相关设备 - Google Patents

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CN113067700A CN202110248658.4A CN202110248658A CN113067700A CN 113067700 A CN113067700 A CN 113067700A CN 202110248658 A CN202110248658 A CN 202110248658A CN 113067700 A CN113067700 A CN 113067700A
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Abstract

本说明书一个或多个实施例提供一种基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法、电子设备及装置，应用于中短距相干传输系统。方法包括：第一端的大线宽激光器发射激光脉冲至第一端的偏振控制器；第一端的偏振控制器对接收到的激光脉冲信号，进行偏振以及相位联合调制，并传输至第一端的MZI器件中；第一端的MZI器件将线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加，并转换为幅度波动信号；第一端的幅度波动信号通过光纤链路传输至第二端的MZI器件；第二端接收幅度波动信号，并转换为第一电信号，进行采样；第二端通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特。能够简单方便地实现密钥生成，还可以简单利用密钥与现有网络实现网络层安全通信。

Description

基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法及相关设备
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法及相关设备。
背景技术
密钥分发一直是安全方案中的一个重要问题。截至目前，关于密钥生成的算法，比如RSA、Diffie-Hellman等是利用了计算的复杂度作为保证安全的机制。这些方法的安全性建立在攻击者计算能力有限的情况下，无法及时的破解密钥，然而随着量子计算机的出现，在不久的将来，这些方法可能不再保证绝对安全。另一方面，量子密钥分发(QKD)作为一种提供无条件安全的替代技术得到了广泛的研究，其中密钥是通过测量量子态产生的。然而，量子密钥分配对噪声和损耗高度敏感，因为它需要单光子或弱信号传输。因此，它不适合用于长距离的激光器。另外，QKD的应用增加了系统设计的花费和复杂度，成本巨大。且在生成密钥时，流程非常的繁琐。
因此，亟需一种新的密钥生成方法。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法及相关设备，以解决现有的密钥生成方法存在的复杂和高成本的问题。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法，应用于中短距相干传输系统；所述方法包括：
第一端的大线宽激光器发射激光脉冲至第一端的偏振控制器；
第一端的偏振控制器对接收到的激光脉冲信号，进行偏振以及相位联合调制，并传输至第一端的MZI器件中；
第一端的MZI器件将线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加，并转换为幅度波动信号；
第一端将幅度波动信号通过光纤链路传输至第二端的MZI器件；
第二端接收所述幅度波动信号，并转换为第一电信号，进行采样；
第二端通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特。
在其中一个实施例中，所述将线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加具体包括：
将线路噪声转换为相位噪声；
将所述相位噪声与所述激光脉冲信号的固有相位噪声叠加。
在其中一个实施例中，所述第一端的MZI器件和所述第二端的MZI器件的臂长不同。
在其中一个实施例中，所述第一端的MZI器件和所述第二端的MZI器件的参数通过秘密通道或物理会议在所述第一端和所述第二端之间预先共享。
在其中一个实施例中，所述第二端具有大线宽激光器和偏振控制器；所述第一端的大线宽激光器和所述第二端的大线宽激光器的中心频率和带宽相同；所述第一端的偏振控制器和所述第二端的偏振控制器的角度相同。
在其中一个实施例中，所述通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特具体包括：
当采样信号的电平高于高阈值时，密钥比特被分配为1；
当采样信号的电平低于低阈值时，密钥比特被分配为0；
当采样信号的电平在高阈值和低阈值之间时，采样信号被丢弃。
在其中一个实施例中，所述第二端接收到的幅度波动信号通过式
Figure BDA0002964509180000021
Figure BDA0002964509180000022
计算，其中，α为损耗系数，LT为传输长度，
Figure BDA0002964509180000023
为传输信号振幅，
Figure BDA0002964509180000024
为第二端的固有相位噪声；tMZI为经过MZI器件的时间，tT为从第一端传输至第二端的时间，t为信号开始发送的时间。
在其中一个实施例中，还包括，利用密钥比特对待传输的信息加密。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如前任意一项所述的方法。
本发明实施例还提供一种基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成装置，包括：
第一端激光脉冲发送模块，用于将第一端的大线宽激光器发射的激光脉冲发送至第一端的偏振控制器；
第一端激光脉冲调节模块，用于对第一端的偏振控制器接收到的激光脉冲信号，进行偏振以及相位联合调制，并传输至第一端的MZI器件中；
第一端幅度波动信号转换模块，用于将第一端的MZI器件中的线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加，并转换为幅度波动信号；
第一端幅度波动信号发送模块，用于将第一端的幅度波动信号通过光纤链路传输至第二端的MZI器件；
第二端采样模块，用于接收所述幅度波动信号，并转换为第一电信号，进行采样；
第二端判断模块，用于通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特。
从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法，通过第一端的大线宽激光器发射激光脉冲至第一端的偏振控制器；第一端的偏振控制器对接收到的激光脉冲信号，进行偏振以及相位联合调制，并传输至第一端的MZI器件中；第一端的MZI器件将线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加，并转换为幅度波动信号；第一端的幅度波动信号通过光纤链路传输至第二端的MZI器件；第二端接收所述幅度波动信号，并转换为第一电信号，进行采样；第二端通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特。能够简单方便地实现密钥生成，并且还可以简单利用生成的密钥与现有网络实现简单的网络层安全通信，实现中短距的密钥分发与通信。具有低廉的成本，较高的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例的激光器的性能对比图；
图2为本说明书一个或多个实施例的基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法的一个流程示意图；
图3为本说明书一个或多个实施例的密钥生成的框架示意图；
图4为本说明书一个或多个实施例的基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法的又一流程示意图；
图5为本说明书一个或多个实施例的基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成装置的示意图；
图6为本说明书一个或多个实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
如背景技术部分所述，在光通信的发展过程中，与激光器的关系密不可分。利用物理层独特特性的密钥分发方法，和，光网络中，利用了光信道链路的特性的密钥分发方法，都基于窄线宽、性能优良的激光器。但该种激光器价格昂贵，功耗相对较高，具体参数如图1中的μITLA激光器所示。因此，目前的密钥生成方法并不适用于大规模的商业应用或者工业应用，亟需能够在物理层产生密钥更简单、更廉价的密钥生成方案。
申请人在实现本公开的过程中发现，对于两种经常使用的激光器，低成本的TO-can封装的XG-PON分布式反馈(DFB)激光器和μITLA激光器，两者的光线宽(用延迟自外差法测量)和相对强度噪声(RIN)差异极大。PON激光器表现出比μITLA激光器线宽大的特性：2MHz线宽，平均RIN略高于-145dB/Hz，而μITLA激光器的线宽近乎理想激光器，并且RIN明显低于PON激光器的特性。如图1所示，两者的功率参数和成本均差异极大。
申请人提出一种基于大线带激光器相位噪声的密钥生成方法与装置，核心在于利用大线带激光器携带的相位噪声更加明显，进一步利用MZI干涉放大线路噪声带来的相位波动，可以携带更多所需要的相位信息。另外，大线宽激光器充分利用了本身低功耗、开销低的突出特点，相比较于量子密钥分发，该方法不需要复杂昂贵的仪器，简单易操作。相比较于利用物理特性的一般方法，该方案更加简单实用，功耗更低，更适合于大规模使用。
以下，通过具体的实施例进一步详细说明本公开的技术方案。
如图2所示，本发明实施例提供的一种基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法，应用于中短距相干传输系统；所述方法包括：
S100，第一端的大线宽激光器发射激光脉冲至第一端的偏振控制器；
S200，第一端的偏振控制器对接收到的激光脉冲信号，进行偏振以及相位联合调制，并传输至第一端的MZI器件中；
S300，第一端的MZI器件将线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加，并转换为幅度波动信号；
S400，第一端的幅度波动信号通过光纤链路传输至第二端的MZI器件；
S500，第二端接收所述幅度波动信号，并转换为第一电信号，进行采样；
S600，第二端通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特。
本说明书一个或多个实施例中，在步骤S100中，第一端的大线宽激光器可以为PON大线宽激光器。PON激光器是低成本相干数据中心网(DCN)/DCI传输的一个典型器件，应用于短距离传输。其功率参数可以为，中心频率1550nm，带宽2M。通过采用该种PON大线宽激光器，能够极大地降低功耗，并使光脉冲信号携带更加明显的相位噪声，从而携带更多的相位信息。
第一端的偏振控制器用于控制第一端的相位信息，调节第一端的相位。
在步骤S300中，MZI器件为基于光纤和耦合器的器件。该MZI器件的一路长臂可以为2Km的保偏光纤，能够使得更多的线路噪声作用在传输过程中，并在MZI中生成更多的相位波动。线路噪声能够应用在该MZI器件上，并在MZI中生成对应的相位噪声。具体地，线路噪声可以由传输过程中的噪声和机械振动引起，也可以由温度变化引起。
本说明书一个或多个实施例中，所述第一端发送的电域信号表示为
Figure BDA0002964509180000061
幅度波动信号通过式
Figure BDA0002964509180000062
计算，其中，
Figure BDA0002964509180000063
为传输信号振幅，在第一端的MZI器件和第二端的MZI器件，两臂的信号未合并之前，两臂的相位噪声分别为
Figure BDA0002964509180000064
和
Figure BDA0002964509180000065
也即，第一端的MZI器件的臂长中的相位噪声为
Figure BDA0002964509180000066
第二端的MZI器件的臂长中的相位噪声为
Figure BDA0002964509180000067
tMZI为经过第二端的MZI器件的时间；t为信号开始发送的时间。除固有相位噪声ASE外，长臂中的信号经历额外的相位噪声
Figure BDA0002964509180000068
本说明书一个或多个实施例中，所述将线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加具体包括：将线路噪声转换为相位噪声；将所述相位噪声与所述激光脉冲信号的固有相位噪声叠加。通过将线路噪声转换并与固有相位噪声叠加，能够使得最终得到的幅度波动信号，可以携带更多的有效信息进行密钥生成。
本说明书一个或多个实施例中，在步骤S400中，所述第一端的MZI器件和所述第二端的MZI器件的臂长不同，两端为非对称的MZI器件。通过采用非对称的MZI器件，能够增加窃听者重构的难度，不容易被窃听者重构，具有更高的安全性。所述第一端的MZI器件和所述第二端的MZI器件的参数通过秘密通道或物理会议在所述第一端和所述第二端之间预先共享。
本说明书一个或多个实施例中，在步骤S500中，第二端接收到的幅度波动信号通过式
Figure BDA0002964509180000069
计算，其中，α为损耗系数，LT为传输长度1，
Figure BDA00029645091800000610
为传输信号振幅，
Figure BDA00029645091800000611
为第二端的固有相位噪声。其中，tMZI为经过MZI器件的时间，tT为从第一端传输至第二端的时间。t为信号开始发送的时间；采样频率可以为20KSample/s。
本说明书一个或多个实施例中，在步骤S600中，采用横向协议从采样信号中提取密钥。该横向协议中，可以具体指定低阈值和高阈值。通过与高阈值和低阈值比较，能够准确得到密钥。具体地，阈值可以通过式
Figure BDA00029645091800000612
Figure BDA00029645091800000613
计算。其中，
Figure BDA00029645091800000614
为接收信号波形的平均值，α参数是根据误码率进一步优化判断阈值，δ是信号原来的驱动电压。设定
Figure BDA0002964509180000071
勾5，δ为5.5，α为0.1，则高阈值为5.55，低阈值为4.45。
所述通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特具体包括：
当采样信号的电平高于高阈值时，密钥比特被分配为1；
当采样信号的电平低于低阈值时，密钥比特被分配为0；
当采样信号的电平在高阈值和低阈值之间时，采样信号被丢弃。
本说明书一个或多个实施例中，所述方法还包括，利用密钥比特对待传输的信息加密。
应当说明的是，本说明书一个或多个实施例中，所述第二端具有大线宽激光器和偏振控制器。第二端也能够生成幅度波动信号，并通过光纤链路将其发送至第一端的MZI器件中。也即，第一端和第二端都能够生成激光脉冲、对激光脉冲信号进行偏振以及相位联合调制，并将线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加，并转换为幅度波动信号。且所述第一端的大线宽激光器和所述第二端的大线宽激光器的中心频率和带宽相同。所述第一端的偏振控制器和所述第二端的偏振控制器的角度相同，以使第一端和第二端分别发送的幅度波动信号相位一致。
如图3，所述第一端和所述第二端可以分别为Alice端和Bob端中的一种。具体地，当所述第一端为Alice端时，所述第二端为Bob端。当所述第一端为Bob端时，第二端为Alice端。具体为，当第一端将生成的第一幅度波动信号通过光纤链路传输至第二端的MZI器件的同时，第二端也将生成的第二幅度波动信号通过光纤链路传输至第一端的MZI器件中。也即，所述第一端接收所述第二幅度波动信号；同时，所述第二端接收所述第一幅度波动信号。
可以通过调节可调谐光延迟线，直至所述第一端和第二端接收到信号的功率均为最大，从而使得第一端和第二端能够同时接收到所述第二幅度波动信号和所述第一幅度波动信号。通过第一端和第二端同时接收到所述第二幅度波动信号和所述第一幅度波动信号，能够使第一端和第二端在传输信息时处于近乎相同的噪声环境，从而提高生成密钥的准确性和安全性。
在本说明书一个或多个实施例中，所述第二端接收到的幅度波动信号通过式
Figure BDA0002964509180000072
计算，其中，α为损耗系数，LT为传输长度，
Figure BDA0002964509180000081
为传输信号振幅，
Figure BDA0002964509180000082
为第一端的固有相位噪声；tMZI为经过MZI器件的时间，tT为从第二端传输至第一端的时间，t为信号开始发送的时间。
本说明书一个或多个实施例中，所述第一端和所述第二端在采样时，采用异步时钟的方式对信号波形进行采样。
所述方法还包括，当第一端和第二端均接受到密钥比特后，分别将密钥比特用于待传输信息的加密和解密，从而实现中短距安全通信。
请参阅图3和图4，为本发明提供的一种实际应用的实施例。
实施例1
①：参数为中心频率为1550nm带宽为2M的PON大线宽激光产生器进行信息传输。
②：在传输过程中，在Alice端和Bob端分别采用了45度角的偏振控制器，以保证双方发送端的相位一致。
③：Alice端和Bob端分别拥有基于光纤和耦合器的MZI，并通过公共光纤链路连接。MZI的一路长臂用2Km的保偏光纤，另一臂正常长度即可。
④：Alice端和Bob端各自的MZI参数可以通过秘密通道或物理会议在Alice和Bob之间预先共享。其实际长度由一个长度计校准，并通过微调可调谐延迟线来精确同步，直到由Alice和Bob接收到的信号功率达到最大，可根据实际情况进行调节。
⑤：来自两端独立的大线宽信号载体，从相反的方向发射到两个MZI中。通过将线路噪声转换为光强波动。
在Bob端，接收到的为
Figure BDA0002964509180000083
Figure BDA0002964509180000084
其中，光纤的损耗系数α为-25dBm，传输长度LT为10Km，传输信号振幅
Figure BDA0002964509180000085
为5，
Figure BDA0002964509180000086
为传输过程中的噪声引起的相位波动。
⑥：密钥随后通过光纤链路传输，Alice和Bob将同时接收密钥，并使用异步时钟对密钥进行采样。设定采样频率为20KSample/s。
⑦：设置
Figure BDA0002964509180000087
为5，δ为5.5，α为0.1，则判决上限(即高阈值)为5.55，判决下限(即低阈值)为4.45。设定生成的密钥为{0001101001101010}。
⑧：利用生成的密钥作为加密消息的Key，对所要发送的消息进行Y00的物理层加密，即利用量子噪声保证信息的安全性，实现了一个完整的中短距安全通信方法。
本发明实施例的方法通过在短距离相干传输系统中，引入大线宽激光器结合非对称MZI结构基于相位噪声叠加获得幅度波动信号的密钥生成机制；配合合法收发双方对接收信号波形进行量化，生成初始种子密钥；将合法双方生成的种子密钥应用于中短距相干系统，能够实现在应用场景例如相干数据中心网(DCN)/DCI的短距离的数据传输的安全通信。
本发明实施例提供的方法，基于大线宽激光器相位噪声，具有更多的应用场景，例如相干数据中心网(DCN)/DCI的短距离的数据传输。能够简单方便地实现密钥生成，并且在密钥协商完成后，还可以简单利用生成的密钥与现有网络实现简单的网络层安全通信。最终该密钥生成方法可以实现中短距的密钥分发与通信。首次将功耗低，价格低的大线宽激光器应用于物理层密钥分发方案，降低了应用成本。且第一端和第二端各自采用臂长不同的MZI，该种非对称的结构相较于对称结构的密钥生成方案不易被窃听者重构，具有更高的安全性。
可以理解，该方法可以通过任何具有计算、处理能力的装置、设备、平台、设备集群来执行。
需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本说明书一个或多个实施例还提供了一种基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成装置。
参考图5，所述基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成装置700，包括：
第一端激光脉冲发送模块710，用于将第一端的大线宽激光器发射的激光脉冲发送至第一端的偏振控制器；
第一端激光脉冲调节模块720，用于对第一端的偏振控制器接收到的激光脉冲信号，进行偏振以及相位联合调制，并传输至第一端的MZI器件中；
第一端幅度波动信号转换模块730，用于将第一端的MZI器件中的线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加，并转换为幅度波动信号；
第一端幅度波动信号发送模块740，用于将第一端的幅度波动信号通过光纤链路传输至第二端的MZI器件；
第二端采样模块750，用于接收所述幅度波动信号，并转换为第一电信号，进行采样；
第二端判断模块760，用于通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特。
本说明书一个或多个实施例中，所述第一端幅度波动信号转换模块在用于将线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加时，具体用于：
将线路噪声转换为相位噪声；
将所述相位噪声与所述激光脉冲信号的固有相位噪声叠加。
本说明书一个或多个实施例中，所述第一端的MZI器件和所述第二端的MZI器件的臂长不同。
本说明书一个或多个实施例中，所述第一端的MZI器件和所述第二端的MZI器件的参数通过秘密通道或物理会议在所述第一端和所述第二端之间预先共享。
本说明书一个或多个实施例中，所述第二端具有大线宽激光器和偏振控制器；所述第一端的大线宽激光器和所述第二端的大线宽激光器的中心频率和带宽相同；所述第一端的偏振控制器和所述第二端的偏振控制器的角度相同。
本说明书一个或多个实施例中，所述第二端判断模块在用于通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特时，具体用于：
当采样信号的电平高于高阈值时，密钥比特被分配为1；
当采样信号的电平低于低阈值时，密钥比特被分配为0；
当采样信号的电平在高阈值和低阈值之间时，采样信号被丢弃。
本说明书一个或多个实施例中，所述第二端接收到的幅度波动信号通过式
Figure BDA0002964509180000111
计算，其中，α为损耗系数，LT为传输长度，
Figure BDA0002964509180000112
为传输信号振幅，
Figure BDA0002964509180000113
为第二端的固有相位噪声。
本说明书一个或多个实施例中，还包括，加密模块，用于利用密钥比特对待传输的信息加密。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本说明书一个或多个实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法。
图6示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。
总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
上述实施例的电子设备用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本说明书一个或多个实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成方法，其特征在于，应用于中短距相干传输系统；所述方法包括：
第一端的大线宽激光器发射激光脉冲至第一端的偏振控制器；
第一端的偏振控制器对接收到的激光脉冲信号，进行偏振以及相位联合调制，并传输至第一端的MZI器件中；
第一端的MZI器件将线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加，并转换为幅度波动信号；
第一端的幅度波动信号通过光纤链路传输至第二端的MZI器件；
第二端接收所述幅度波动信号，并转换为第一电信号，进行采样；
第二端通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加具体包括：
将线路噪声转换为相位噪声；
将所述相位噪声与激光脉冲信号的固有相位噪声叠加。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一端的MZI器件和所述第二端的MZI器件的臂长不同。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一端的MZI器件和所述第二端的MZI器件的参数通过秘密通道或物理会议在所述第一端和所述第二端之间预先共享。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二端具有大线宽激光器和偏振控制器；所述第一端的大线宽激光器和所述第二端的大线宽激光器的中心频率和带宽相同；所述第一端的偏振控制器和所述第二端的偏振控制器的角度相同。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特具体包括：
当采样信号的电平高于高阈值时，密钥比特被分配为1；
当采样信号的电平低于低阈值时，密钥比特被分配为0；
当采样信号的电平在高阈值和低阈值之间时，采样信号被丢弃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二端接收到的幅度波动信号通过式
Figure FDA0002964509170000021
计算，其中，α为损耗系数，LT为传输长度，
Figure FDA0002964509170000022
为传输信号振幅，
Figure FDA0002964509170000023
为第二端的固有相位噪声；tMZI为经过MZI器件的时间，tT为从第一端传输至第二端的时间，t为信号开始发送的时间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，利用密钥比特对待传输的信息加密。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任意一项所述的方法。
10.一种基于大线宽激光器相位噪声的密钥生成装置，其特征在于，包括：
第一端激光脉冲发送模块，用于将第一端的大线宽激光器发射的激光脉冲发送至第一端的偏振控制器；
第一端激光脉冲调节模块，用于对第一端的偏振控制器接收到的激光脉冲信号，进行偏振以及相位联合调制，并传输至第一端的MZI器件中；
第一端幅度波动信号转换模块，用于将第一端的MZI器件中的线路噪声与激光脉冲信号中的固有噪声叠加，并转换为幅度波动信号；
第一端幅度波动信号发送模块，用于将第一端的幅度波动信号通过光纤链路传输至第二端的MZI器件；
第二端采样模块，用于接收所述幅度波动信号，并转换为第一电信号，进行采样；
第二端判断模块，用于通过判断采样信号与电平阈值的关系，得到密钥比特。
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