УСТРОЙСТВО БЕСПРОВОДНОЙ РАССЫЛКИ КРИПТОГРАФИЧЕСКОГО КЛЮЧА

Полезная модель относится к области устройств беспроводных сетей связи, предназначенных для передачи криптографических ключей в оптическом диапазоне длин волн в свободном пространстве, и дополнена возможностью изменения длины волны источника оптического излучения.
Известна система и методы передачи данных для объединения MIMO (Multiple Input Multiple Output) и мультиплексирования с разделением мод из заявки WO 2017015532 A1 (МПК Н04В 7/0456, дата публикации - 26-01-2017), в которых для разделения сигнала используются ортогональные моды. Недостатком данного метода является ограниченность каналов, которые могут поступать на один приемный модуль.
Наиболее близким к заявляемому устройству является известное из патента KR 101979328 B1 (МПК H04L 9/0852, дата приоритета - 18-11-2016, дата публикации - 16-05-2019) устройство связи для распределения квантовых ключей в свободном пространстве, содержащее беспроводной канал связи, блок передачи и блок приема, каждый из которых содержит блок управления и обработки, светоделители и поляризаторы. Блок передачи содержит источники оптического излучения, а блок приема содержит фотоприемники. Недостатком устройства является его громоздкость и отсутствие оптимального использования параметров оптического излучения.
Задачей, решаемой с помощью предлагаемой полезной модели, является оптимизация процесса передачи оптической информации через оптический беспроводной канал связи инфракрасного диапазона.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в расширении полосы пропускания канала связи.
Данный технический результат достигается тем, что устройство беспроводной рассылки криптографического ключа, содержащее беспроводной канал связи, блок передачи и блок приема, каждый из которых содержит блок управления и обработки и светоделители, причем блок передачи содержит источники оптического излучения, а блок приема содержит фотоприемники, отличается тем, что беспроводной канал связи содержит три оптических канала, один из которых симплексный канал синхронизации с источником оптического излучения в блоке передачи и с фотоприемником в блоке приема, другой является дуплексным каналом служебной информации, содержащим источники оптического излучения и фотоприемники как в блоке передачи, так и в блоке приема, а третий канал - канал передачи криптографического ключа, содержащий дискретно перестраиваемый по длине волны источник оптического излучения в блоке передачи и соответствующее числу уровней дискретизации количество фотоприемников, а также на одно меньше число светоделителей в блоке приема. Перестраиваемый по длине волны источник оптического излучения выполнен в виде перестраиваемого лазера. Светоделители блока передачи выполнены с функцией объединения потоков излучения трех оптических каналов: канала синхронизации, дуплексного канала служебной информации и канала передачи криптографического ключа, а светоделители блока приема выполнены с функцией разделения потоков излучения трех оптических каналов.
Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой показана схема устройства, состоящего из блока передачи 1 и блока приема 2, а также беспроводного канала связи между ними. Блок передачи 1 включает в себя блок управления и обработки 3, фотоприемник 4 канала сервисной информации, лазер 5 канала сервисной информации, перестраиваемый по длине волны источник излучения, выполненный, например, в виде лазера 6 канала передачи криптографического ключа, лазер 7 канала синхронизации и светоделители 8 и 9. Фотоприемник 4 канала сервисной информации, лазер 5 канала сервисной информации, перестраиваемый по длине волны лазер 6 канала передачи криптографического ключа и лазер 7 канала синхронизации соединены с блоком управления и обработки 3 посредством проводного канала связи. Блок приема 2 включает в себя блок управления 10, фотоприемник 11 канала сервисной информации, лазер 12 канала сервисной информации, фотоприемник 13 канала синхронизации, фотоприемники 14-17 канала передачи криптографического ключа и светоделители 18-22. Фотоприемник 11 канала сервисной информации, лазер 12 канала сервисной информации, фотоприемник 13 канала синхронизации и фотоприемники 14-17 соединены с блоком управления и обработки 10 посредством проводного канала связи. Фотоприемники 14-17 канала передачи криптографического ключа предназначены для приема излучения различных значений длины волны из дискретного набора длины волны излучения перестраиваемого по длине волны лазера 6 канала передачи криптографического ключа. Число фотоприемников канала передачи криптографического ключа соответствует числу уровней дискретизации. В рассматриваемом примере их четыре, но число уровней дискретизации и число фотоприемников канала передачи криптографического ключа может быть другим. Элементы 4, 5, 11, 12 составляют дуплексный канал сервисной информации 23, элементы 7 и 13 составляют симплексный канал синхронизации 24, а элементы 6 и 14-17 составляют симплексный канал передачи криптографического ключа 25.
Устройство работает следующим образом.
С помощью блока управления и обработки 3, находящегося в блоке передачи 1, модулируется лазер 5 канала сервисной информации, перестраиваемый по длине волны лазер 6 канала передачи криптографического ключа и лазер 7 канала синхронизации. Излучение лазеров объединяется в блоке передачи 1 с помощью светоделителей 8 и 9 и распространяется в свободном пространстве. Результирующее излучение попадает на светоделители 18 и 19, находящиеся в блоке приема 2, которые разделяют излучение на его исходные составляющие и направляют в три потока: поток излучения лазера 5 канала сервисной информации на фотоприемник 11 канала сервисной информации, поток излучения лазера 7 канала синхронизации на фотоприемник 13 канала синхронизации и поток излучения перестраиваемого по длине волны лазера 6 канала передачи криптографического ключа на светоделитель 20. Каждый из светоделителей 20-22 отделяет излучение с определенной длиной волны, входящей в дискретный набор длин волн излучения, генерируемого перестраиваемым лазером 6 канала передачи криптографического ключа, и перенаправляет на соответствующий фотоприемник канала передачи криптографического ключа. Так как излучение перестраиваемого лазера 6 может иметь одно значение из дискретного набора длины волны, то в блоке приема 2 число фотоприемников 14-17 канала передачи криптографического ключа совпадает в соответствии с рассматриваемым примером четырех уровней дискретизации. Количество используемых для разделения и перенаправления излучения лазера 6 светоделителей 20-22 на один меньше числа уровней дискретизации, так как прошедшее без отклонения все светоделители излучение обладает четвертой длиной волны, входящей в дискретный набор длин волн. Поэтому в данном примере число светоделителей в канале криптографического ключа равно трем. Все фотоприемники подключены к блоку управления и обработки 10. Также с помощью блока управления и обработки 10 модулируется лазер 12 канала сервисной информации, излучение которого, распространяясь в свободном пространстве, попадает на фотоприемник 4 канала сервисной информации, находящийся в блоке передачи 1, обеспечивая функционирование дуплексного канала сервисной информации 23.
Благодаря большому числу переменных параметров носителя информации в виде оптического излучения, функционирование предлагаемого устройства ощутимо ограничивает возможность перехвата криптографических ключей при передаче их в свободном пространстве.
В качестве примера, устройство беспроводной рассылки криптографического ключа реализовано с помощью перестраиваемого по длине волны лазера канала передачи криптографического ключа LightHUB-1, лазера канала синхронизации LPSC-1550-FC и лазера канала сервисной информации LPS-1550-FC подключенных к блоку управления и обработки посредством разъема USB 3.0, фотоприемника канала синхронизации и канала сервисной информации, реализованных с помощью лавинного детектора G8931-320, подключенного к блоку управления посредством разъема USB 3.0 и фотоприемника канала передачи криптографического ключа реализованного с помощью фотодетектора ID230, подключенного к блоку управления и обработки через разъем USB 3.0, лазера LPS-1060-FC, подключенного к блоку управления и обработки через разъем USB 3.0, светоделителей реализованных с помощью дихроичных зеркал с различными напылениями. Топология и компонентная база блоков управления не раскрывается.
Натурные испытания макетной реализации предлагаемого устройства показали надежность передачи криптографического ключа на расстоянии до 50 м при стандартном давлении 760 мм рт.ст., температуре 15°С, отсутствии тумана и прямых солнечных лучей по каналу передачи криптографического ключа со скоростью до 3 Кбит/с и передачу сервисной информации и информации синхронизации по дуплексному оптическому беспроводному каналу связи со скоростью до 10 Мбит/с.