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Accueil du site > Thèmes de recherche > Réseaux sécurisés > Communications par chaos
COMMUNICATIONS PAR CHAOS
- Responsables : Prof. David Citrin (Georgia Tech, USA et UMI 2958, France)
- Permanents : Prof. David Citrin (Georgia Tech, USA et UMI 2958, France) et Dr. Alexandre Locquet (UMI 2958, France)
- Associés : Dr. Marc Sciamanna (Supélec-LMOPS, France et UMI 2958, France)
- Doctorants : Damien Rontani (UMI 2958, France et Supélec-LMOPS, France et Georgia Tech, USA)
CONTEXTE
Ce projet exploite les dynamiques chaotiques produites par des lasers à semi-conducteurs pour réaliser des communications optiques sécurisées. Ce type de cryptographie est intéressant pour des utilisations commerciales et militaires. Pour pouvoir être déployées à grande échelle, il est nécessaire que les communications chaotiques apportent un niveau de sécurité élevé, soient capables de véhiculer de très grands débits de données et, enfin, qu’elles soient compatibles avec l’infrastructure existante des télécommunications optiques.
Actuellement, les principes utilisés dans les télécommunications classiques ont recours à la théorie linéaire. En particulier, des efforts considérables sont déployés pour faire en sorte que les émetteurs et récepteurs conventionnels opèrent dans un régime linéaire. Au lieu d’essayer d’éviter les non-linéarités, nous proposons d’exploiter les dynamiques complexes qui sont produites naturellement par des systèmes dynamiques optiques non-linéaires. Ces dynamiques complexes, qui ont longtemps été considérées comme nuisibles, peuvent aussi être une source d’améliorations dans les systèmes de télécommunications. En effet, les dynamiques complexes et imprévisibles peuvent être exploitées pour masquer physiquement un message.
- Description d’un système de communication par chaos
- Alice encrypte des données en utilisant la dynamique chaotique d’un laser, les informations sont transmises à Bob qui les décrypte par synchronisation. Une espionne, Eve, peut pirater la ligne et décrypter les informations si elle parvient à identifier le laser d’Alice.
Les systèmes dynamiques non-linéaires peuvent aussi présenter une grande efficacité, étant donné qu’ils réagissent fortement à de faibles perturbations, et peuvent donc être contrôlés et produire des signaux en réponse à une faible énergie de commande. Ils présentent aussi une grande capacité de transport d’information, car la variété d’états complexes produits offre de nombreuses possibilités d’encodage compact de l’information. Enfin, comme les communications optiques non-linéaires ne doivent pas se conformer à la division classique du spectre en bandes de fréquences, le nombre de canaux utilisables pourrait être plus grand que dans le cas de systèmes linéaires. Le nombre de canaux disponibles est en effet uniquement limité par la capacité des récepteurs à distinguer des états chaotiques différents.
Des cryptosystèmes optiques peuvent être construits en utilisant des lasers à semi-conducteurs soumis à une rétroaction optique ou à l’injection optique d’un autre laser. Ce type de système possède un riche comportement dynamique. Dans certaines conditions opératoires, l’intensité optique du laser peut fluctuer de façon chaotique. Ces fluctuations chaotiques peuvent être utilisées pour masquer ou encoder physiquement un message utile en temps réel. Le décryptage du message est possible en utilisant comme récepteur une copie de l’émetteur, qui se synchronise avec l’émetteur et permet d’extraire le message utile.
AXES DE RECHERCHE
I. Analyse de la sécurité de systèmes optique de communication chaotique
En régime de fonctionnement chaotique, la synchronisation d’un laser récepteur dépend de façon très sensible des paramètres internes et opératoires du laser émetteur, un espion qui ne connaît pas ces paramètres est incapable de décrypter le message utile. Les communications chaotiques sécurisées peuvent donc être considérées comme une réalisation au niveau de la couche physique de la cryptographie à clé secrète, dans laquelle la clé correspond à l’ensemble des paramètres internes et opérationnels. Mais contrairement à une réalisation logicielle de ce type de cryptographie, même si un espion connaissait la clé secrète, il lui serait physiquement difficile de réaliser un laser de décryptage à cause de la difficulté de fabriquer un laser qui a exactement des paramètres internes donnés. Il est cependant parfois possible de casser un crypto-système chaotique en analysant le signal optique transmis entre les lasers d’émission et de réception. Il est donc nécessaire de déterminer des techniques permettant d’augmenter la sécurité des crypto-systèmes optiques chaotiques.
II. Optimisation des performances des systèmes optiques de communications chaotique
La majeure partie du large spectre d’une porteuse chaotique est utilisé pour permettre la synchronisation plutôt que pour masquer un message utile. En conséquence, les crypto-systèmes chaotiques souffrent de limitations importantes en termes de débit utile transmissible. L’objectif de cet axe de recherche est de développer des techniques permettant de construire des systèmes de communications optiques chaotiques qui offrent un meilleur niveau de sécurité, qui atteignent des débits plus élevés, qui sont compatibles avec les communications numériques et qui fonctionnent dans différentes régions du spectre électromagnétique. Nous utiliserons pour cela un système expérimental exploitant les dynamiques chaotiques produites par des lasers à semi-conducteurs soumis à une injection ou à une rétroaction optique.
REALISATIONS
- Dynamique de polarisation dans les VCSELs : impact de la compétition de polarisation sur la synchronisation
- Identification des conditions de masquage du retard dans un laser à semi-conducteur soumis à une rétroaction optique.
- Réalisation d’un dispositif expérimental d’un laser à cavité externe
- Réalisation expérimentale d’un laser à semiconducteur avec retroaction optique
QUELQUES PUBLICATIONS :
Delay Identification 2 - 5.5 Mb to be published in JQE |
Delay Identification 1 - 372 kb Optics Letters |
Synchronization of VCSELS-1 modes/2modes - 263.8 kb Optics Letters |
|
Synchronization regimes of VCSELS - 3.8 Mb Phys. Rev. E |
Chaos Digitization - 543.4 kb IEE Proc. Optoelectronics |
Parameter Identification - 1.2 Mb Journal of Optical Technology |
Mots-clés
cryptographie, optique
-->COMMUNICATIONS PAR CHAOS
- Responsables : Prof. David Citrin (Georgia Tech, USA et UMI 2958, France)
- Permanents : Prof. David Citrin (Georgia Tech, USA et UMI 2958, France) et Dr. Alexandre Locquet (UMI 2958, France)
- Associés : Dr. Marc Sciamanna (Supélec-LMOPS, France et UMI 2958, France)
- Doctorants : Damien Rontani (UMI 2958, France et Supélec-LMOPS, France et Georgia Tech, USA)
CONTEXTE
Ce projet exploite les dynamiques chaotiques produites par des lasers à semi-conducteurs pour réaliser des communications optiques sécurisées. Ce type de cryptographie est intéressant pour des utilisations commerciales et militaires. Pour pouvoir être déployées à grande échelle, il est nécessaire que les communications chaotiques apportent un niveau de sécurité élevé, soient capables de véhiculer de très grands débits de données et, enfin, qu’elles soient compatibles avec l’infrastructure existante des télécommunications optiques.
Actuellement, les principes utilisés dans les télécommunications classiques ont recours à la théorie linéaire. En particulier, des efforts considérables sont déployés pour faire en sorte que les émetteurs et récepteurs conventionnels opèrent dans un régime linéaire. Au lieu d’essayer d’éviter les non-linéarités, nous proposons d’exploiter les dynamiques complexes qui sont produites naturellement par des systèmes dynamiques optiques non-linéaires. Ces dynamiques complexes, qui ont longtemps été considérées comme nuisibles, peuvent aussi être une source d’améliorations dans les systèmes de télécommunications. En effet, les dynamiques complexes et imprévisibles peuvent être exploitées pour masquer physiquement un message.
- Description d’un système de communication par chaos
- Alice encrypte des données en utilisant la dynamique chaotique d’un laser, les informations sont transmises à Bob qui les décrypte par synchronisation. Une espionne, Eve, peut pirater la ligne et décrypter les informations si elle parvient à identifier le laser d’Alice.
Les systèmes dynamiques non-linéaires peuvent aussi présenter une grande efficacité, étant donné qu’ils réagissent fortement à de faibles perturbations, et peuvent donc être contrôlés et produire des signaux en réponse à une faible énergie de commande. Ils présentent aussi une grande capacité de transport d’information, car la variété d’états complexes produits offre de nombreuses possibilités d’encodage compact de l’information. Enfin, comme les communications optiques non-linéaires ne doivent pas se conformer à la division classique du spectre en bandes de fréquences, le nombre de canaux utilisables pourrait être plus grand que dans le cas de systèmes linéaires. Le nombre de canaux disponibles est en effet uniquement limité par la capacité des récepteurs à distinguer des états chaotiques différents.
Des cryptosystèmes optiques peuvent être construits en utilisant des lasers à semi-conducteurs soumis à une rétroaction optique ou à l’injection optique d’un autre laser. Ce type de système possède un riche comportement dynamique. Dans certaines conditions opératoires, l’intensité optique du laser peut fluctuer de façon chaotique. Ces fluctuations chaotiques peuvent être utilisées pour masquer ou encoder physiquement un message utile en temps réel. Le décryptage du message est possible en utilisant comme récepteur une copie de l’émetteur, qui se synchronise avec l’émetteur et permet d’extraire le message utile.
AXES DE RECHERCHE
I. Analyse de la sécurité de systèmes optique de communication chaotique
En régime de fonctionnement chaotique, la synchronisation d’un laser récepteur dépend de façon très sensible des paramètres internes et opératoires du laser émetteur, un espion qui ne connaît pas ces paramètres est incapable de décrypter le message utile. Les communications chaotiques sécurisées peuvent donc être considérées comme une réalisation au niveau de la couche physique de la cryptographie à clé secrète, dans laquelle la clé correspond à l’ensemble des paramètres internes et opérationnels. Mais contrairement à une réalisation logicielle de ce type de cryptographie, même si un espion connaissait la clé secrète, il lui serait physiquement difficile de réaliser un laser de décryptage à cause de la difficulté de fabriquer un laser qui a exactement des paramètres internes donnés. Il est cependant parfois possible de casser un crypto-système chaotique en analysant le signal optique transmis entre les lasers d’émission et de réception. Il est donc nécessaire de déterminer des techniques permettant d’augmenter la sécurité des crypto-systèmes optiques chaotiques.
II. Optimisation des performances des systèmes optiques de communications chaotique
La majeure partie du large spectre d’une porteuse chaotique est utilisé pour permettre la synchronisation plutôt que pour masquer un message utile. En conséquence, les crypto-systèmes chaotiques souffrent de limitations importantes en termes de débit utile transmissible. L’objectif de cet axe de recherche est de développer des techniques permettant de construire des systèmes de communications optiques chaotiques qui offrent un meilleur niveau de sécurité, qui atteignent des débits plus élevés, qui sont compatibles avec les communications numériques et qui fonctionnent dans différentes régions du spectre électromagnétique. Nous utiliserons pour cela un système expérimental exploitant les dynamiques chaotiques produites par des lasers à semi-conducteurs soumis à une injection ou à une rétroaction optique.
REALISATIONS
- Dynamique de polarisation dans les VCSELs : impact de la compétition de polarisation sur la synchronisation
- Identification des conditions de masquage du retard dans un laser à semi-conducteur soumis à une rétroaction optique.
- Réalisation d’un dispositif expérimental d’un laser à cavité externe
- Réalisation expérimentale d’un laser à semiconducteur avec retroaction optique
QUELQUES PUBLICATIONS :
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Delay Identification 2 - 5.5 Mb to be published in JQE |
Delay Identification 1 - 372 kb Optics Letters |
Synchronization of VCSELS-1 modes/2modes - 263.8 kb Optics Letters |
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Synchronization regimes of VCSELS - 3.8 Mb Phys. Rev. E |
Chaos Digitization - 543.4 kb IEE Proc. Optoelectronics |
Parameter Identification - 1.2 Mb Journal of Optical Technology |
Mots-clés
cryptographie, optique
