Criptografia óptica mediante controle analógico da amplitude e do atraso de fatias espectrais: análise para sinais NRZ e DQPSK

Abstract

Este trabalho aborda uma técnica para criptografar o sinal óptico em redes ópticas transparentes (Transparent Optical Network, TON), de modo a salvaguardar o sigilo e garantir a segurança das informações que são transmitidas através da Rede de Telecomunicações. A técnica avaliada é relativa à camada física do modelo de referência para interconexão de sistemas abertos (open systems interconnection, OSI) e consiste em dividir espectralmente um sinal óptico e em aplicar diferentes atenuações e atrasos a cada uma das fatias espectrais consideradas. A seguir essas fatias são multiplexadas e o sinal resultante, que será propagado por uma rede óptica transparente, estará idealmente ininteligível para intrusos que tentem furtá-lo. Nesse ponto é possível avaliar a qualidade da criptografia utilizada, medindo-se na saída do codificador a taxa de erro de bit (bit error rate, BER) do sinal criptografado, BERC. Em princípio, quanto maior BERC, menor a probabilidade de um intruso decodificar o sinal. Ao chegar ao seu destino, o sinal é recebido no circuito decodificador, que possui a mesma estrutura física do circuito que codificou o sinal original. A aplicação dos fatores de atenuação e atraso neste sinal distorcido é ajustada para a reconstrução do sinal óptico gerado pelo transmissor. Na saída do decodificador, efetua-se a medição da BER do sinal decodificado, BERD. Idealmente, BERD deve ser a menor possível. Para avaliação da técnica, simulou-se, com a versão 8.7 do software VPITransmissionMaker, da empresa VPIPhotonics Inc, a operação dos dispositivos de criptografia, da propagação e dos elementos de decriptografia do sinal. Todas as simulações consideraram que o fatiamento espectral foi realizado por meio de filtros com perfil ideal. Os resultados indicam que a BERC pode atingir até 42% e 24%, para sinais codificados com modulação não retorno ao zero com chaveamento on-off (non return to zero on-off keying, NRZ-OOK) e por deslocamento de fase diferencial em quadratura (differential quadrature phase shift keying, DQPSK) respectivamente, e que ambos não apresentam erros (BERD< 10-15 para o sinal NRZ-OOK e BERD< 10-6 para a modulação DQPSK) quando decodificados.

This work investigates a technique to encrypt the optical signal for Transparent Optical Network, TON, in order to safeguard the confidentiality and guarantee the security of informations that are transmitted through the Telecommunications Network. The technique is assessed on the physical layer of the reference model for open systems interconnection, OSI, and consists of slicing spectrally optical signal and to apply various attenuations and delays to each of the slices spectral considered. These slices are multiplexed and the resulting signal, which will be propagated by an optical network transparent, it will be ideally unintelligible to eavesdropper who try to steals it. At this point is possible to evaluate the quality of the encryption used by measuring the output of the encoder the bit error rate, BER, the encrypted signal, BERC. In principle, as highest BERC,it will be lowest the probability of an eavesdropper decode the signal. To get to your destination, the signal is received in the decoder circuit, which has the same physical structure of the circuit which encoded the original signal. The application of the factors of attenuation and delay in this distorted signal is adjusted for the reconstruction of optical signal generated by the transmitter. On the output of decoder, performs the measurement of BER of signal decoded, the BERD. Ideally, BERD must be the lowest possible. For technique evaluation, it was simulated, with the version 8.7 of the software VPITransmissionMaker, of company VPIPhotonics Inc, the operation of the devices of cryptography, propagation and the elements of decoded signal. All simulations considered that the spectral slicing was carried out by means of filters with ideal profile. The results indicates that the BERC may reach up to 42% and 24%, to encrypted signals with modulation on-off Keying non return to zero (NRZ-OOK) and differential quadrature phase shift keying (DQPSK) respectively, and that both are free of errors (BERD< 10-15 for the signal NRZ-OOK and BERD< 10-6 for DQPSK modulation) when decoded.