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High-speed optical secure communication with external noise source and internal time-delayed feedback loop
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资源说明：We propose and experimentally demonstrate a novel physical layer encryption scheme for high-speed optical communication. A 10 Gb/s on-off keying signal is secretly transmitted over 100 km standard single-mode fiber. The intensity-modulated message is secured by the encryption mechanism, which is composed of an external noise source and an internal time-delayed feedback loop. The external noise serves as an entropy source with sufficient randomness. The feedback loop structure in the transmitter
高速光学安全通信是一种至关重要的技术，特别是在如今大数据和云计算时代，信息安全成为了不可或缺的保障。本文提出的创新物理层加密方案，即“外部噪声源与内部时间延迟反馈环路”结合的高带宽光学通信方法，旨在解决高速数据传输过程中的安全问题。
在实验中，研究人员成功实现了10 Gb/s的开关键控（OOK）信号的秘密传输，信号经过100公里的标准单模光纤传输。强度调制的消息通过一个由外部噪声源和内部时间延迟反馈环路组成的加密机制进行保护。外部噪声源提供了一种具有足够随机性的熵源，这使得加密过程更难以被破解。这种噪声不仅增加了信息的安全性，还使得攻击者难以复制或预测信号的模式。
内部的时间延迟反馈环路在发射端引入了一个时间域的加密密钥空间。接收端采用相应的开环配置，用于同步和解密。实验结果证明了该方案的有效性，对于合法终端，可以实现低于10^-8的误码率，这意味着数据传输的准确性非常高。
然而，当硬件参数存在不匹配时，解密性能会受到影响。特别是时间延迟，作为反馈环路中的敏感加密密钥，其微小变化都会导致解密失败。但研究也表明，对于其他硬件参数，系统足够稳定，能够适应一定程度的同步误差。
此外，该方案还具有隐藏时间延迟特征的能力，外部噪声可以有效地掩盖反馈环路的时间延迟签名，进一步增强了安全性。并且，由于结构相对简单，该系统支持密集波分复用（DWDM）传输，这意味着可以在同一光纤上同时传输更多的信息通道，提高光通信系统的容量。
这项工作为建立光学安全通信提供了一个新的概念，即结合时间延迟反馈混沌系统和随机噪声，将混沌理论应用到安全通信中。这不仅提高了通信的安全性，而且保持了高速传输的效率。这一创新技术为未来的信息安全保障，尤其是在大规模网络通信中，开辟了新的可能。
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