33113

بهره گيري از طيف تكانه زاويه مداري در رمزگذاري كانال مخابراتي با استفاده از فراسطح

كارشناسي ارشد

مهندسي برق مخابرات ميدان و موج

1401

1403/11/30

محمد سليماني

محمد جواد حاجي احمدي

مهندسي برق

با افزايش روزافزون تقاضا براي انتقال ايمن اطلاعات، نياز به پيشرفت در تكنيك‌هاي رمزگذاري ضروري است. در اين پژوهش قصد داريم به رمزگذار سخت‌افزاري بپردازيم كه رمزگذاري روي مشخصات موج انتشاري انجام مي‌شود. در اين ميان فراسطح¬ها ساختارهاي مهندسي شده‌اي با ويژگي‌هاي زير طول‌موج هستند كه به روش‌هاي غيرمتعارف موج را دست‌كاري مي‌كنند. اين دست‌كاري مي‌تواند جبهة موج را به‌طوركلي تغيير دهد. دراين راستا و با استفاده اين رويكرد توانستيم با تركيب درجات آزادي موج، رمزگذاري سخت‌افزاري با ابعاد نامحدود طراحي كنيم. از طرفي مي‌دانيم كه تا به امروز تحقيقات گسترده‌اي بر روي رمزگذاري نرم‌افزاري انجام شده است كه منجر به پيشرفت‌هاي چشمگير در عرصه رمزگذاري شده است؛ اما در چند سال اخير باتوجه‌به گسترش تحقيقات برروي سيستم‌هاي كوانتومي و پيشرفت كامپيوترهاي كوانتومي سرعت محاسبات به‌صورت قابل‌توجهي افزايش‌يافته است. سيستم‌هاي توسعه‌يافته امروزي مي‌توانند در زمان بسيار كوتاه‌تري رمزگذاري اطلاعات را بشكنند. در اين ميان روش‌هايي از جمله روش‌هاي رمزگذاري سخت‌افزاري در تركيب با روش‌هاي نرم‌افزاري راه‌حل مناسبي براي غلبه براي اين تهديد به نظر مي‌رسد. براي اجراي اين راهكار يك ساختار سخت افزاري با قابليت تركيب‌شدن با روش نرم‌افزاري را طراحي كرديم. در ابعاد جزئي¬تر طراحي، براي جلوگيري از دسترسي افراد غيرمجاز به داده‌ها و ايمن‌سازي ارسال آن از يك ساختار فراسطح ايستا استفاده كرديم؛ اما با مهندسي موج ورودي توانستيم با طراحي اين ساختار ايستا مناسب كاربردهاي پويا را محقق كنيم. ما با ادغام هم‌زمان رمزگذاري‌ در قطبش و جبهه موج OAM توانستيم اين مدل رمزگذاري سخت‌افزاري را پياده‌سازي كنيم. اين رمزگذاري به‌ازاي سه كانال مختلف پايه‌گذاري شده است. كانال اول به‌ازاي قطبش x ورودي و قطبش x خروجي است كه برايند مودهاي L=+1,-1 در نقطه كانوني توليد مي‌شود. در كانال دوم به‌ازاي قطبش y ورودي و قطبش y خروجي است كه برايند مودهاي L=+2,-2 در نقطه كانوني قابل‌مشاهده است و در نهايت كانال سوم به‌ازاي قطبش y ورودي و قطبش x خروجي يا بلعكس، برايند مودهاي L=+3,-3 در نقطه كانوني ديده مي‌شود. ما با قراردادن قطبش مايل به‌ازاي زاويه‌اي خاص در ورودي ساختار، با يك وزن‌دهي خاص برايند L=+1,-1 و L=+3,-3 براي قطبش x در نقطه كانوني خروجي و برايند L=+2,-2 و L=+3,-3 براي قطبش y در همان نقطه كانوني خروجي توليد كرديم و سرانجام با كمك‌گرفتن از روش رمزگذاري DRPE يك روش رمزگذاري تركيبي نرم‌افزاري و سخت‌افزاري را ارائه كرديم.

1403/12/15

Utilization of orbital angular momentum spectrum in telecommunication channel encryption using metasurface

1/1/1900 12:00:00 AM

With the ever-increasing demand for secure information transmission, the need for advancements in encryption techniques has become essential. In this research, we aim to focus on a hardware encoder that performs encryption based on the characteristics of propagating waves. In this context, metasurfaces are engineered structures with wavelength-dependent features that manipulate waves through unconventional methods. This manipulation can fundamentally alter the wavefront. In this regard, by utilizing this approach, we have successfully designed a hardware encoder with unlimited dimensions by combining the degrees of freedom of the wave. On the other hand, it is well-known that extensive research has been conducted on software encryption, leading to significant advancements in the field. However, in recent years, with the expansion of research on quantum systems and the progress of quantum computers, the speed of computations has increased significantly. Today's developed systems can break encryption in a much shorter time frame. In this context, methods such as hardware encryption combined with software techniques appear to be a suitable solution to overcome this threat. To implement this solution, we designed a hardware structure capable of integrating with software methods. In more detailed design aspects, to prevent unauthorized access to data and secure its transmission, we utilized a static metasurface structure; however, by engineering the input wave, we were able to design this static structure suitable for dynamic applications. By simultaneously integrating polarization and orbital angular momentum (OAM) encoding, we implemented this hardware encryption model. This encryption is established for three different channels. The first channel corresponds to input polarization x and output polarization x, producing the superposition of modes L=+1 and L=-1 at the focal point. The second channel corresponds to input polarization y and output polarization y, where the superposition of modes L=+2 and L=-2 is observable at the focal point. Finally, the third channel corresponds to input polarization y and output polarization x, or vice versa, where the superposition of modes L=+3 and L=-3 is seen at the focal point. By introducing an oblique polarization at a specific angle at the input of the structure, we generated the superpositions L=+1, -1 and L=+3, -3 for polarization x at the output focal point, and the superpositions L=+2, -2 and L=+3, -3 for polarization y at the same output focal point. Ultimately, by employing the DRPE encryption method, we presented a hybrid encryption approach that combines both software and hardware techniques.

فراسطح , رمزگذاري , جبهة موج OAM , قطبش , نقطه كانوني , ميدان تابشي ساختاريافته

Metasurface , Encryption , Orbital angular momentum wavefront , Polarization , Focal point , incident wave

Mohammad Soleimani

Mohammad Javad Haji Ahmadi