高速密鑰分發(fā)是現(xiàn)代保密通信的研究重點，關系著網(wǎng)絡空間安全、國家經(jīng)濟與人民生活�；�于數(shù)學算法的密鑰分發(fā)，由于其所用算法具有確定性，存在著被窮舉攻擊的風險，因此基于物理層的密鑰分發(fā)技術成為研究熱點。其中，量子密鑰分發(fā)（quantum key distribution,QKD） 技術原理上是絕對安全的，但其速率受到單光子探測器的限制無法實現(xiàn)量級提升，并且很難與現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)完全兼容。近年來，研究學者不斷探索基于經(jīng)典物理層的密鑰分發(fā)技術，主要包括光纖激光器參數(shù)隨機選擇、物理不可克隆函數(shù)、光纖信道互易性以及激光同步等。其中，基于激光同步的密鑰分發(fā)技術具有高速且長距離傳輸潛力。為了進一步提高此類方案安全性，在其中引入了激光同步的隨機鍵控，與從同步區(qū)間內的激光信號中提取的隨機密鑰原理上是一致的，可以作為共享密鑰，完成密鑰分發(fā)。但鍵控過程導致了響應激光器數(shù)十納秒的同步恢復時間，此時間內的激光序列不可用于隨機密鑰提取，造成物理熵源的利用率降低，從而將密鑰分發(fā)速率限制在kbit/s量級。
針對上述問題，本書探索了縮短同步恢復時間以提高密鑰分發(fā)速率的方法，提出了基于開環(huán)法布里-珀羅（Fabry-Pérot，F(xiàn)-P）激光器激光同步隨機鍵控的密鑰分發(fā)方案。主要內容如下：
①實驗實現(xiàn)了超輻射發(fā)光二極管（superluminescent diode，SLD）共同驅動開環(huán)多縱模F-P激光器同步，驗證了寬帶隨機噪聲驅動信號與響應激光信號的低相關性，保證了竊聽者從公共信道中獲取的與物理熵源有關的信息量有限。利用VPI Transmission Maker軟件模擬證明了響應F-P激光器同步性對內部參數(shù)失配的高度敏感性，說明竊聽者很難利用與合法用戶參數(shù)失配的竊聽激光器構建同步。實驗研究了響應F-P激光器中心波長和工作電流失諧對同步性的影響以及注入?yún)��?shù)及其失配對同步性的影響，結果說明通信雙方在較大參數(shù)范圍內可以實現(xiàn)同步。
②提出了基于響應F-P激光器輸出模式隨機鍵控的密鑰分發(fā)方案并進行了實驗研究。通信雙方利用隨機控制碼對多縱模同步響應F-P激光器的單個縱模進行隨機選擇輸出：當輸出模式中心波長相同時可實現(xiàn)同步，當輸出模式中心波長不同時則不同步，由此響應F-P激光器輸出模式隨機選擇可以實現(xiàn)激光同步的隨機鍵控。通信雙方通過交換并對比隨機控制碼，篩選相同控制碼對應的激光信號區(qū)間提取的隨機密鑰作為共享密鑰，完成密鑰分發(fā)。
③提出了基于驅動信號中心波長隨機鍵控的密鑰分發(fā)方案。在寬帶隨機噪聲信號共同驅動下，響應F-P激光器可以實現(xiàn)激光同步。此方案中，實驗和模擬證明了當選擇不同濾波中心波長的驅動信號進行擾動時，通信雙方響應F-P激光器輸出的激光信號相關性很低，由此驅動信號的中心波長隨機選擇可以實現(xiàn)激光同步的隨機鍵控，通信雙方同樣選取從同步區(qū)間內的激光信號中提取的隨機碼作為共享密鑰。驅動信號的濾波寬度對應響應F-P激光器的兩個縱模，響應F-P激光器在其擾動下輸出對應的雙縱模激光信號，通過后續(xù)對其進行單模濾波，VPI軟件模擬實現(xiàn)了隨機密鑰的雙路并行產(chǎn)生。
本書內容是山西省教育廳2023年度山西省高等學�？萍紕�(chuàng)新項目基于Fabry-Pérot激光器混沌同步高速鍵控的Gbps量級密鑰分發(fā)研究（項目編號2023L420）以及2023年山西省基礎研究計劃（自由探索類）青年科學研究項目基于多縱模激光器混沌同步高速鍵控的并行物理密鑰分發(fā)（項目編號202303021222283）的階段性研究成果。本書在成書過程中，參考了大量期刊論文及書籍，在此對其作者深表感謝。
由于本人水平有限，盡管反復斟酌與修改，書中仍難免存在疏漏和不足之處，望廣大讀者提出意見和建議，以便修訂時更正。

著者