RU2236758C1 - Method for detecting attempt of reading information off fiber-optic transmission line using quantum noise - Google Patents
Method for detecting attempt of reading information off fiber-optic transmission line using quantum noise Download PDFInfo
- Publication number
- RU2236758C1 RU2236758C1 RU2003110630/09A RU2003110630A RU2236758C1 RU 2236758 C1 RU2236758 C1 RU 2236758C1 RU 2003110630/09 A RU2003110630/09 A RU 2003110630/09A RU 2003110630 A RU2003110630 A RU 2003110630A RU 2236758 C1 RU2236758 C1 RU 2236758C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- information
- optical
- fiber
- receiver
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам обнаружения попыток съема информации с волоконно-оптических линий передачи и может быть использовано в качестве способа постоянного контроля волоконно-оптической системы передачи информации с ограниченным доступом, использующим метод квантового зашумления.The invention relates to methods for detecting attempts to retrieve information from fiber-optic transmission lines and can be used as a method of continuous monitoring of a limited access fiber-optic information transmission system using the quantum noise method.
Известен способ квантового зашумления из патента “Безопасная оптическая информационная система” (Патент Великобритании №2060869 от 05.07.1981 г).The known method of quantum noise from the patent “Safe optical information system” (UK Patent No. 2060869 from 05/05/1981).
Способ состоит в том, что передача информации осуществляется информационным оптическим сигналом, модулирующим постоянный сигнал большой амплитуды. Это вызывает появление в канале дополнительного квантового или дробового шума. Появление этого шума вызывает ухудшение параметров приемника волоконно-оптической системы и приемника перехвата в случае доступа к оптическому волокну. Доминирующей компонентой шума становится не тепловой шум приемника, а дробовый шум в передаваемом сигнале. Таким образом достигается повышение мощности, которая необходима для перехвата информации с волоконно-оптической линии передачи. Предполагается, что чувствительность приемника волоконно-оптической системы ниже чувствительности приемника перехвата. Поэтому ухудшение чувствительности приемника системы будет ниже, чем ухудшение чувствительности приемника перехвата.The method consists in the fact that information is transmitted by an information optical signal modulating a constant signal of large amplitude. This causes the appearance of additional quantum or shot noise in the channel. The appearance of this noise causes a deterioration in the parameters of the receiver of the fiber optic system and the interception receiver in case of access to the optical fiber. The dominant component of the noise is not the thermal noise of the receiver, but the shot noise in the transmitted signal. In this way, an increase in the power required to intercept information from the fiber optic transmission line is achieved. It is assumed that the receiver sensitivity of the fiber optic system is lower than the receiver sensitivity of the interception. Therefore, a deterioration in the sensitivity of the receiver of the system will be lower than a decrease in the sensitivity of the receiver of interception.
К недостаткам способа следует отнести следующее.The disadvantages of the method include the following.
1. Ухудшение чувствительности приемника перехвата не гарантирует невозможность съема информации, так как известно, что с боковой поверхности оптического волокна можно вывести достаточно большую мощность оптического сигнала, достаточную для перехвата.1. The deterioration of the sensitivity of the interception receiver does not guarantee the impossibility of information retrieval, since it is known that a sufficiently large optical signal power sufficient to intercept can be derived from the side surface of the optical fiber.
2. Неизвестно оптимальное соотношение между уровнем постоянного излучения и информационным сигналом для того, чтобы ухудшение чувствительности приемника системы было минимальным, а для приемника перехвата - максимальным.2. The optimal ratio between the level of constant radiation and the information signal is unknown so that the deterioration of the sensitivity of the receiver of the system is minimal, and for the receiver of interception - maximum.
Известно развитие способа квантового зашумления в сочетании с системой контроля из патента "Аппаратура для обнаружения съема световой энергии из оптического волокна" (патент США №4636029 от 13.01.1987 г.).It is known to develop a method of quantum noise in combination with a control system from the patent "Equipment for detecting the removal of light energy from optical fiber" (US patent No. 4636029 from 01/13/1987).
В информационной системе, где компьютерная сторона и терминальная сторона соединены с помощью волоконно-оптического кабеля, несанкционированное подключение обнаруживается с помощью встроенной системы контроля. Передаваемый сигнал представляет суперпозицию, где большая часть - постоянное оптическое излучение, используемое для контроля, а меньшая часть - информационные сигналы.In an information system where the computer side and the terminal side are connected using a fiber optic cable, an unauthorized connection is detected using the integrated monitoring system. The transmitted signal is a superposition, where the majority is the constant optical radiation used for monitoring, and the smaller part is informational signals.
Компьютерная и терминальная стороны содержат пороговые устройства, чувствительные к изменению уровня оптического излучения и присоединенные к приемным модулям. По своей технической сущности способ контроля волоконно-оптической линии передачи из настоящего патента наиболее близок к заявляемому способу и поэтому взят за прототип.The computer and terminal sides contain threshold devices that are sensitive to changes in the level of optical radiation and are attached to the receiving modules. According to its technical essence, the method of monitoring a fiber optic transmission line from the present patent is closest to the claimed method and therefore is taken as a prototype.
К недостаткам данного способа контроля следует отнести следующие положения:The disadvantages of this method of control include the following provisions:
1. Неизвестно оптимальное соотношение между параметрами постоянного излучения и информационного оптического сигнала.1. The optimal ratio between the parameters of constant radiation and the optical information signal is unknown.
2. Неизвестно какой должна быть точность контроля изменения внесенных потерь для гарантированного обнаружения попытки несанкционированного доступа к информации.2. It is not known what accuracy the control of changes in introduced losses should be for guaranteed detection of attempts of unauthorized access to information.
Решаемая техническая задача - повышение вероятности обнаружения попытки съема информации с волоконно-оптической линии передачи и снижение вероятности ложных срабатываний.The technical problem to be solved is an increase in the probability of detecting attempts to extract information from a fiber-optic transmission line and a decrease in the probability of false positives.
Техническим результатом является определение требований по установке порогового уровня изменения контрольного сигнала при оптимальной величине составляющей квантового шума.The technical result is to determine the requirements for setting the threshold level of the control signal change at the optimal value of the quantum noise component.
Этот технический результат достигается с помощью способа обнаружения попытки съема информации с волоконно-оптической линии передачи при использовании квантового зашумления, заключающегося в формировании сигнала передачи, состоящего из постоянно излучаемой оптической мощности и информационного сигнала, передаче сигнала по волоконно-оптической линии, приеме, детектировании, усилении, разделении информационных сигналов и постоянного уровня, контроле изменения внесенных потерь.This technical result is achieved by a method for detecting attempts to retrieve information from a fiber optic transmission line using quantum noise, which consists in generating a transmission signal consisting of a constantly radiated optical power and an information signal, transmitting a signal over a fiber optic line, receiving, detecting, amplification, separation of information signals and a constant level, control of changes in introduced losses.
Новым является то, что до передачи в оптический сигнал вводят контрольный сигнал, после приема и детектирования выделяют его, сравнивают амплитуду контрольного сигнала с пороговым уровнем, который предварительно определяют по формулеWhat is new is that before transmission, a control signal is introduced into the optical signal, after reception and detection it is isolated, the amplitude of the control signal is compared with a threshold level, which is previously determined by the formula
где Кn - коэффициент передачи оптического излучения, показывающий какая часть информационного излучения, потерянного в волоконно-оптической линии передачи при съеме, попала на приемник перехвата;where K n is the transmission coefficient of optical radiation, showing which part of the information radiation lost in the fiber-optic transmission line during removal, got on the interception receiver;
Q - заданная для приемника перехвата максимальная величина отношения сигнал/шум;Q is the maximum signal-to-noise ratio specified for the interception receiver;
В - полоса частот информационных сигналов;B is the frequency band of information signals;
Ln - интеграл Персоника;L n is the Persian integral;
А - потери оптического сигнала в волоконно-оптической линии передачи, дБ;A - loss of the optical signal in the fiber optic transmission line, dB;
S - коэффициент преобразования фотодетектора приемника системы, А/Вт;S is the conversion coefficient of the photodetector of the receiver of the system, A / W;
М - коэффициент модуляции - отношение мощности информационного сигнала к мощности постоянного уровня;M - modulation coefficient - the ratio of the power of the information signal to the power of a constant level;
Wn - мощность информационного сигнала на входе приемника системы, необходимая для обеспечения требуемого качества приема информации;W n is the power of the information signal at the input of the receiver of the system, necessary to ensure the required quality of information reception;
е - заряд электрона,e is the electron charge,
при снижении амплитуды контрольного сигнала относительно порогового уровня определяют попытку съема информации с волоконно-оптической линии передачи.by reducing the amplitude of the control signal relative to the threshold level, an attempt is made to retrieve information from the fiber optic transmission line.
Совокупность существенных признаков позволяет эффективно обнаруживать попытки съема информации, передаваемые по волоконно-оптическим линиям передачи.The set of essential features allows you to effectively detect attempts to remove information transmitted over fiber-optic transmission lines.
На фиг.1 представлена функциональная схема волоконно-оптического канала, реализующего предлагаемый способ.Figure 1 presents a functional diagram of a fiber optic channel that implements the proposed method.
1 - оптический передающий модуль;1 - optical transmitting module;
2 - устройство формирования;2 - formation device;
3 - источник постоянного смещения и контрольного сигнала;3 - source of constant bias and control signal;
4 - волоконно-оптическая линия передачи;4 - fiber optic transmission line;
5 - приемный оптический модуль;5 - receiving optical module;
6 - усилитель-формирователь информационных сигналов;6 - amplifier-driver of information signals;
7 - фильтр контрольного сигнала;7 - pilot signal filter;
8 - контрольное устройство.8 - control device.
На фиг.2 представлены зависимости требуемого контрольного уровня для двух случаев:Figure 2 presents the dependence of the required control level for two cases:
1 - без использования квантового зашумления,1 - without the use of quantum noise,
2 - с использованием квантового зашумления и оптимального коэффициента модуляции.2 - using quantum noise and the optimal modulation coefficient.
Сущность предлагаемого способа состоит в том, что первоначально выбирается оптимальное соотношение между составляющими шума на входном полюсе приемника волоконно-оптической системы передачи.The essence of the proposed method consists in the fact that initially the optimal ratio between the noise components at the input pole of the receiver of the fiber optic transmission system is selected.
Тепловой шум формируется во входных цепях приемного оптического модуля и обусловлен появлением носителей тока за счет тепловых флуктуаций. Точный расчет необходимо вести по каждому источнику теплового шума отдельно, что требует знания большого количества параметров входных цепей приемника. Как правило, эти параметры неизвестны и величину шума принято оценивать по эквивиалентному шумовому сопротивлению Rэкв.Thermal noise is generated in the input circuits of the receiving optical module and is caused by the appearance of current carriers due to thermal fluctuations. An accurate calculation must be carried out separately for each source of thermal noise, which requires knowledge of a large number of parameters of the input circuits of the receiver. As a rule, these parameters are unknown and the noise value is usually estimated by the equivalent noise resistance R equiv .
Квадрат среднего квадратического значения тока теплового шума составляет:The square of the mean square value of the thermal noise current is:
где К - постоянная Больцмана, равная 1,37·10-23 Дж/К;where K is the Boltzmann constant equal to 1.37 · 10 -23 J / K;
Т - абсолютная температура, К;T is the absolute temperature, K;
В - полоса частот принимаемых сигналов;B is the frequency band of the received signals;
Rэкв - эквивалентное шумовое сопротивление.R equiv - equivalent noise resistance.
Квантовый (дробовый) шум определяется величиной тока, протекающего через фотодетектор приемника. Квадрат среднего квадратического значения тока квантового шума составляет:Quantum (shot) noise is determined by the amount of current flowing through the photodetector of the receiver. The square of the mean square value of the current of quantum noise is:
где е - заряд электрона, равный 1,6·10-19 Кл;where e is the electron charge equal to 1.6 · 10 -19 C;
Im - темновой ток фотодетектора;I m is the dark current of the photodetector;
Iф - фоновый ток фотодетектора, то есть фототок от постоянного оптического излучения;I f - the background current of the photodetector, that is, the photocurrent from constant optical radiation;
In - интеграл Персоника - коэффициент, учитывающий характер передаваемой информации (см. "Техника оптической связи. Фотоприемники." Под. ред. Тсанга, Москва, Мир, 1988 г.).I n - the Personnel integral - coefficient taking into account the nature of the transmitted information (see. "Optical communication technology. Photodetectors." Ed. Tsanga, Moscow, Mir, 1988).
Из формулы (4) видно, что шум имеет две составляющие: собственный шум, обусловленный темновым током, и внешняя составляющая, обусловленная мощностью внешнего оптического излучения (так называемый "шум в сигнале").It can be seen from formula (4) that noise has two components: intrinsic noise due to dark current, and the external component due to the power of external optical radiation (the so-called "noise in the signal").
Таким образом, если сигнал оптического передатчика будет представлять собой постоянное оптическое излучение, модулированное информационным сигналом, то уровень постоянного оптического излучения определит величину шума в канале, а коэффициент глубины модуляции - величину отношения сигнал/шум на приемниках волоконно-оптической системы и перехвата.Thus, if the signal of the optical transmitter will be constant optical radiation modulated by an information signal, the level of constant optical radiation will determine the noise in the channel, and the modulation depth coefficient will determine the signal-to-noise ratio at the receivers of the fiber-optic system and interception.
Необходимо выбрать соотношения параметров оптического излучения таким образом, чтобы при квантовом зашумлении ухудшение параметров для приемника системы было малым, а для приемника перехвата - максимальным.It is necessary to choose the ratio of the parameters of optical radiation in such a way that, with quantum noise, the degradation of the parameters for the receiver of the system is small, and for the receiver of interception, maximum.
Квадрат среднего квадратического шумового тока фотодетектора приемника волоконно-оптической системы составит:The square of the mean square noise current of the photodetector of the receiver of the fiber optic system will be:
Наиболее оптимальным соотношением между составляющими шума, то есть тогда, когда полная величина шума увеличивается незначительно, а составляющая квантового шума максимальна, следует считать условие их равенства, то естьThe most optimal ratio between the noise components, that is, when the total noise increases slightly, and the quantum noise component is maximum, should be considered the condition for their equality, i.e.
Тогда Iш=1,41 Iкв, то есть ухудшение чувствительности для приемника волоконно-оптической системы составляет 1,5 дБ по отношению к своему максимальному значению, что укладывается в обычный эксплуатационный запас (3 дБ). Порог чувствительности приемника перехвата в наилучшем месте для перехвата (в начале волоконно-оптической линии) станет равнымThen I w = 1.41 I sq , that is, the sensitivity deterioration for the receiver of the fiber optic system is 1.5 dB with respect to its maximum value, which fits into the normal operating margin (3 dB). The sensitivity threshold of the interception receiver in the best place for interception (at the beginning of the fiber-optic line) will become equal
где W0=Wn/M - мощность постоянного излучения на входном полюсе приемника волоконно-оптической системы;where W 0 = W n / M is the power of constant radiation at the input pole of the receiver of the fiber optic system;
М - коэффициент модуляции;M is the modulation coefficient;
S - коэффициент преобразования фотодетектора приемника системы, А/Вт.S is the conversion coefficient of the photodetector of the receiver of the system, A / W.
Если квантовое зашумление не используется, то требуемый контрольный уровень контрольного устройства составит:If quantum noise is not used, then the required control level of the control device will be:
где Q - отношение сигнал/шум для приемника перехвата;where Q is the signal-to-noise ratio for the interception receiver;
Кn - коэффициент передачи оптического излучения для приемника перехвата;To n is the optical transmission coefficient for the interception receiver;
Wпop - порог чувствительности приемника перехвата при отношении сигнал/шум, равном 1;W pop - sensitivity threshold of the interception receiver at a signal-to-noise ratio of 1;
А - внесенные потери в волоконно-оптической линии передачи;A - introduced losses in the fiber optic transmission line;
Wn - порог чувствительности приемника волоконно-оптической системы передачи при заданном коэффициенте ошибок.W n is the sensitivity threshold of the receiver of the fiber optic transmission system for a given error rate.
При использовании квантового зашумления требуемый контрольный уровень составит:When using quantum noise, the required control level is:
На фиг.2 представлены результаты расчета величины контрольного уровня от величины внесенных потерь А по двум формулам (7) - кривая 1 и (8) - кривая 2 при одинаковых исходных данных: Q=1; Кn=0,015; В=110 МГц; In=0,55; S=0,6 А/Вт; Wnop=3·10-9; M=0,87; Wn=2·10-6.Figure 2 presents the results of calculating the value of the control level from the value of the introduced losses A according to two formulas (7) -
Из фиг.2 следует, что применение предлагаемого способа позволяет использовать меньший контрольный уровень при одинаковой величине потерь в волоконно-оптической линии передачи, что повышает вероятность обнаружения попытки несанкционированного подключения.From figure 2 it follows that the application of the proposed method allows you to use a lower control level with the same amount of loss in the fiber optic transmission line, which increases the likelihood of detecting attempts to unauthorized connections.
Для подтверждения правильности предлагаемого технического решения был собран макет волоконно-оптического канала в соответствии с фиг.1 с использованием следующих элементов: оптический передающий модуль - ПОМ-514, устройство формирования информационных сигналов на транзисторах 2Т372, источник постоянного тока на операционном усилителе 1407 УД2, приемный оптический модуль ПРОМ-364, усилитель-формирователь на компараторе 597СА1, фильтр нижних частот на RC цепи, контрольное устройство на операционном усилителе 1401УД2. Измерения подтвердили правильность выбора оптимального соотношения (5).To confirm the correctness of the proposed technical solution, a mock fiber optic channel was assembled in accordance with figure 1 using the following elements: optical transmitting module - POM-514, a device for generating information signals on transistors 2T372, a constant current source on an operational amplifier 1407 UD2, receiving optical module PROM-364, amplifier-driver on a comparator 597CA1, a low-pass filter on an RC circuit, a control device on an operational amplifier 1401UD2. Measurements confirmed the correct choice of the optimal ratio (5).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110630/09A RU2236758C1 (en) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Method for detecting attempt of reading information off fiber-optic transmission line using quantum noise |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110630/09A RU2236758C1 (en) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Method for detecting attempt of reading information off fiber-optic transmission line using quantum noise |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2236758C1 true RU2236758C1 (en) | 2004-09-20 |
RU2003110630A RU2003110630A (en) | 2004-12-10 |
Family
ID=33433761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003110630/09A RU2236758C1 (en) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Method for detecting attempt of reading information off fiber-optic transmission line using quantum noise |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2236758C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2520419C1 (en) * | 2012-11-22 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") | High-speed optical line protected from eavesdropping by quantum noise |
-
2003
- 2003-04-14 RU RU2003110630/09A patent/RU2236758C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2520419C1 (en) * | 2012-11-22 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") | High-speed optical line protected from eavesdropping by quantum noise |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8358938B2 (en) | Optical receiver able to prevent LOS alarm from malfunctioning | |
JPS59216339A (en) | Light receiver and light transmission system | |
KR101270353B1 (en) | Optical Transceiver IC | |
SE438396B (en) | DEVICE TO DETECT LIGHT ENERGY DRAINAGE FROM OPTICAL FIBERS | |
RU2236758C1 (en) | Method for detecting attempt of reading information off fiber-optic transmission line using quantum noise | |
US7415213B2 (en) | Optical receiver having transient compensation | |
US20100316394A1 (en) | Optical receiver and jitter tolerance control method | |
JP2006287307A (en) | Photon detection circuit and noise elimination method | |
JP2007181048A (en) | Signal light processor | |
US7031621B2 (en) | Optical receiving device | |
US5293260A (en) | Optical repeater off-state supervisory method and device therefor | |
US8798459B2 (en) | Optical receiver and method of detecting loss of optical signal of the optical receiver | |
JP2003158493A (en) | Optical shutoff detector, optical receiver, optical transmitter and optical shutoff detection method | |
US9331790B2 (en) | Fully digital CMOS based optical receiver | |
WO2017074385A1 (en) | Receivers with automatic gain control | |
CN106341189B (en) | Optical module | |
US20040090274A1 (en) | Circuit for converting a transponder controller chip output into an appropriate input signal for a host device | |
KR101043954B1 (en) | Apparatus for discriminating optical receiver threshold using attenuator | |
RU2251810C2 (en) | Method for detecting slow leak of optical radiation through side surface of fiber-optic communications line | |
JPS59148441A (en) | System for detecting optical input level | |
Budzko et al. | Characteristics of Fiber-Optic Communication System Receivers | |
CN114172585A (en) | Detection device and laser communication system | |
JPH07118724B2 (en) | Optical input break detection circuit | |
KR100540497B1 (en) | AC-coupled Burst-Mode Optical Transmitter and Receiver Employing Data Coding | |
JPH0846568A (en) | Optical reception device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100415 |