基于孪生光学物理不可克隆函数的噪声受限秘密密钥协商

我们研究了使用源自相关物理不可克隆函数（PUF）的孪生光学指纹，作为基于硬件的密码密钥生成和分发平台。每个指纹与一个随机但可复现的散斑图案相关联，该图案在相干光被无序光学结构散射时产生。我们考虑一对相关的光学PUF，并研究在制造引起的变异和环境噪声下，两个诚实方建立共同秘密密钥的条件。我们开发了一个显式的信息论密钥协商协议，结合了安全草图、错误协调和隐私放大。我们量化了由于公共辅助数据导致的信息泄漏，并推导了最终秘密密钥长度的下界。分析确定了安全密钥协商可行的噪声区域，并检查了实用和近容量协调方案的性能。最后，我们讨论了孪生光学PUF如何集成到量子密钥分发（QKD）网络中，作为在两个诚实用户之间建立初始预共享秘密密钥的机制，而无需依赖计算假设或可信第三方。