Оценка защищённости практической квантово-криптографической системы на основе волоконно-оптических линий связи от несанкционированного доступа (стр. 8 из 8)
В ходе предварительных измерений было проделано следующее:
1) Выбран конкретный отражённый сигнал для работы. Рабочим отражающим элементом является свободный конец волокна на входе интерферометра Алисы. Однократным отражениям от этого элемента соответствуют четыре сигнала:
a) Прошедший на прямом и обратном пути короткое плечо интерферометра Алисы. Его параметры: t = 50.00 нс, A = - 27 дБ. Амплитуда сигнала интерференции менялась от нуля до максимального значения при изменении поляризации в опорном плече путем вращения оптического коннектора. Заведомо не годится для наших целей, поскольку ни разу не проходит фазовый модулятор.
b) Прошедший на прямом пути короткое, а на обратном - длинное плечо интерферометра Алисы. Его параметры: t = 69.40 нс, A = - 44 дБ.
c) Прошедший на прямом пути длинное, а на обратном - короткое плечо интерферометра Алисы. Его параметры идентичны с предыдущим.
d) Прошедший на прямом и обратном пути длинное плечо интерферометра Алисы. Его параметры: t = 88.85 нс, A = - 58 дБ. Амплитуда сигнала интерференции менялась от нуля до максимального значения при изменении поляризации в опорном плече путем вращения оптического коннектора.
Сигналы b) и c) при наблюдении складывались друг с другом, образуя один составной сигнал, так как имели одинаковую задержку. Зависимости амплитуды сигнала интерференции от поляризации в опорном плече для этого сигнала не наблюдалось. По неизвестным причинам при использовании данного составного сигнала не удалось получить сколько-нибудь пригодную для измерений видность интерференции, в связи с чем пришлось использовать сигнал d), обладающий меньшей амплитудой.
2) Сделана теплоизоляция измерительной схемы, увеличившая постоянную ухода фазы Ф в системе с трудно измеримой на опыте малой величины до величины порядка Ф=2 мин/2p, что является уже пригодным для выполнения задуманного модельного эксперимента.
3) Измерена видимость интерференции V для принимаемого сигнала. Наилучшим из достигнутых был результат около 95%. Видится вполне возможным достижение более высокого результата при наличии лучшего согласования поляризации сигналов в опорном и сигнальном плечах измерительного интерферометра. Изначально, кроме измерения видности интерференции, планировалось снять характеристику, где приводилась бы зависимость амплитуды сигнала интерференции от напряжения на фазовом модуляторе Алисы. Однако из-за неосторожного обращения с источником питания модулятора произошёл пробой между двумя расположенными на поверхности кристалла ниобата лития электродами, расстояние между ними около 8 мкм, с расплавлением участка электродов и повреждением оптического волновода в кристалле. В результате характеристику по точкам снять не удалось.
Осуществление модельного эксперимента планируется исследовательской группой NTNU на осень 2000 г.
| Элемент | Максимальный коэф. отражения, дБ | Минимальный коэф. отражения, дБ |
| Макроизгиб волокна Микроизгиб волокна | 69 51 | >110 69 |
| Изломы, трещины волокна | 14 | 77 |
| Ответвители | 37 | 71 |
| Оптические переключатели | 13 | 66 |
| Оптические аттенюаторы | 9 | 66 |
| Лазеры и детекторы: - с опт. изолятором - без опт. изолятора | 34 3 | 54 21 |
| Неразъёмное соединение - сварка - механич., влажное - механич., сухое | 69 34 19 | 104 56 41 |
| Коннекторы: - APC (отполированный под углом 80) - PC (обычный) - gap (с зазором) | 47 19 9 | 73 51 14 |
| Отпол ированный или ровно сколотый свободный конец волокна | 14 | 15 |
Таблица 2. Типичные величины коэффициентов отражения для различных волоконно-оптических компонентов [26]
В результате работы над данной магистерской диссертацией:
1. Осуществлено теоретическое исследование стратегии несанкционированного доступа к абонентам через общий оптический канал связи на примере квантово-криптографических систем на основе волоконно-оптических линий связи c использованием протоколов обмена BB84 и B92 на фазовых состояниях.
2. Предложены меры защиты от данного вида атаки.
3. Разработана структурная схема экспериментальной установки и методика измерений. Осуществлены подготовительные измерения на оптической части квантово-криптографической установки NTNU, в ходе которых экспериментально подтверждён принцип несанкционированного доступа к абонентам через общий оптический канал связи.
Таким образом, задание на дипломное проектирование выполнено полностью.
Список использованной литературы
1. S. Wiesner, "Conjugate Coding", Sigact News, vol.15, 78 (1983).
2. C.H. Bennett, G. Brassard, in Proceeding of IEEE International Conference on Computers, Systems and Signal Processing, Bangalore, India (IEEE, New York, 1984), 175
3. C. H. Bennett, F. Bessette, G. Brassard, L. Savail, J. Smolin, "Experimental Quantum Cryptography", Journal of Cryptology, Vol. 5, 3 (1992).
4. D. Bruss, N. Luetkenhaus, "Quantum Key Distribution: From Principles To Practicalities", arXiv:quant-ph/9901061 v2 (1999).
5. C. H. Bennett, "Quantum Cryptography Using Any Two Nonorthogonal States", Phys. Rev. Lett., Vol. 68, 3121 (1992).
6. B. Huttner, N. Imoto, N. Gisin, T. Mor, "Quantum Cryptography with Coherent States", Phys. Rev. A, Vol. 51, 1863-1869 (1995).
7. A. Ekert, "Quantum Cryptography Based on Bell's Theorem", Phys. Rev. Lett., Vol. 67, 661 (1991).
8. D. Bruss, "Optimal Eavesdropping in Quantum Cryptography with Six States", Phys. Rev. Lett, Vol. 81, 3018 (1998).
9. L. Goldenberg, L. Vaidman, "Quantum Cryptography Based On Orthogonal States", Phys. Rev. Lett., Vol. 75, 1239 (1995).
10. M. Koashi, N. Imoto, "Quantum Cryptography Based on Split Transmission of One-Bit Information in Two Steps", Phys. Rev. Lett., Vol. 79, 2383 (1997).
11. H. Zbinden, H. Behcmann-Pasquinucci, N. Gisin, G. Ribordy, ”Quantum Cryptography”, Appl. Phys. B, Vol. 67, 743 (1998).
12. G. Ribordy, J.-D. Gautier, N. Gisin, O. Guinnard, H. Zbinden, ”Fast and User-Friendly Quantum Key Distribution”, submitted to the Journal of Modern Optics.
13. M. Bourennane, D. Ljunggren, A. Karlsson, P. Jonsson, A. Hening, J.P. Ciscar, ”Experimental Long Wavelength Quantum Cryptography: From Single Photon Transmission To Key Extraction Protocols”, J. Modern Optics, Vol. 47, 563 (1998).
14. N. Luetkenhaus, "Security Against Eavesdropping in Quantum Cryptography", Phys. Rev. A, Vol. 54, 97 (1996).
15. D. Mayers, A. Mao, "Quantum Cryptography with Imperfect Apparatus", arXiv:quant-ph/9809039 (1998).
16. E. Biham, T. Mor, "Security of Quantum Cryptography Against Collective Attacks", Phys. Rev. Lett., Vol.78, 2256 (1997).
17. G. Brassard, N. Luetkenhaus, T. Mor, B.C. Sanders, "Security Aspects of Practical Quantum Cryptography", quant-ph/9911054 (1999).
18. M. Dusek, M. Jahma, N. Luetkenhaus, "Unambigious-State-Discrimination Attack with Weak Coherent States", quant-ph/9910106 (1999).
19. N. Luetkenhaus, "Estimates for Practical Quantum Cryptography", arXiv:quant-ph/9806008 v2 (1999).
20. N. Luetkenhaus, "Security Against Individual Attacks for Realistic Quantum Key Distribution", arXiv:quant-ph?9910093 v2 (2000).
21. D.S.Bethune, W.P.Risk, ”An Autocompensating Fiber-Optic Quantum Cryptography system based on Polarization Splitting of Light”, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.36, 340 (2000).
22. B.C. Jacobs, J.D. Franson, "Quantum Cryptography In Free Space", Opt. Lett., Vol. 21, 1854 (1996).
23. P.Ch. Sun, E. Fineman, Yu.T. Mazurenko, ”Transmission of Optical Phase Information Using Frequency Separation of Signals as Applied to Quantum Cryptography”, Optics and Spectroscopy, Vol. 78, 887 (1995).
24. J.-M. Mérolla, Yu. Mazurenko, J.-P. Goedgebuer, W.T. Rhodes, ”Single-Photon Interference in Sidebands of Phase-Modulated Light for Quantum Cryptography”, Phys. Rev. Lett., Vol. 82, No. 8, February 1999.
25. G.P. Agrawal, ”Fiber-Optic Communication Systems”, p. 255-260, John Wiley & Sons, 1997.
26. Reference Manual, Millimeter Resolution OTDR System, Opto-Electronics, Inc. Oakville, Canada (1994).
27. S. Lomonaco, "A Quick Glance at Quantum Cryptography", quant-ph/9811056 (1998).
28. Cм., например, EPLD-1K, http://www.irepolusgroup.com/ErbLasers/EFLGuide.htm
29. C. Marand, P.D. Townsend, "Quantum Key Distribution Over Distances As Long As 30 km", Opt. Lett., Vol.20, 1695 (1995).