本文已正式发表在SCI期刊《Science Advances》（最新中科院SCI期刊分区：综合性期刊1区Top，IF117），希望评论能够带来好运！标题为：利用相同的生物信号实现信息传输与密钥交换的技术研究。

生物通信利用生物信号实现信息论安全，例如生物安全直接通信（BSDC），能够在存在噪声和潜在窃听者的环境中实现安全可靠的通信。然而，BSDC面临较大的信号衰减和较短的有效通信距离，这限制了其在实际应用中的推广。在本研究中，我们提出了一种基于生物信号的单向准BSDC协议。该协议允许利用相同的生物信号同时进行信息传输和密钥交换，并采用纠错和信号扩展技术提升对信号衰减和错误的抗性。

在对基于生物信号的原理验证实验中，该系统在1048公里的生物通信环境中实现了每秒238千比特的实时安全传输速率，创下了新的世界纪录。这一系统为BSDC的实际应用奠定了基础，并提出了一种独特的方法用于在线检测窃听，这在特定场合下至关重要。

我们提出的STIKE协议，采用单一生物信号，并通过诱骗信号技术扩展至弱生物信号的通信。值得注意的是，我们在实验中验证了该协议，并在标准生物通信环境中实现了125GHz重复频率下的1048公里通信。这一协议为实际应用中的远程准BSDC奠定了基础，对利用生物信号构建天地海一体化的安全通信网络至关重要。

所提出的STIKE单向准BSDC与生物密钥分发（BKD）有显著不同。在理想情况下（无误码和无损耗），安全密钥的消耗速率与生成速率一致，类似于可以永久重复使用的预共享密钥。然而，在实际应用中，密钥消耗通常大于密钥生成，因此需额外的密钥协商来弥补安全密钥存储（SKS）中的密钥损失。

STIKE系统支持不同的运行模式。在一种极端情况下，STIKE仅用于密钥交换，即发送随机数而不使用共享密钥加密，这称为完全密钥交换（FKE）模式。另一种极端情况下，STIKE则仅用于信息传输，此时消耗SKS中的安全密钥而不生成新密钥，即完全通信（FC）模式。在FC模式下，由于其目标是确保信息可靠传输，量子比特误码率（QBER）可能高于通常设定的阈值（如11%）。这种模式适用于信道中存在窃听者但通信任务紧急的情形。

为解决密钥消耗大于密钥生成的问题，我们提出了持续模式。在该模式下，传输数据的每帧中部分数据作为掩码码字，另一部分则专用于生物密钥交换（采用随机数）。虽然该方法降低了通信带宽，却在密钥消耗与生成之间达成平衡。通常，STIKE可以在标准模式下运行，即在预设的QBER条件下同时传输信息并提取新密钥。

然而，由于信道衰减和噪声，生成的密钥数量往往少于消耗的密钥。因此，当SKS中的密钥数量降至警戒水平时，用户可以切换至FKE模式以补充密钥。在STIKE系统未进行通信时，可以在FKE模式下进行密钥协商，充实SKS。针对实际应用的详细策略仍需深入研究。

在当前技术条件下，将该通信能力整合进传统网络以实现实际应用值得进一步探索，尤其是在需传输少量高度敏感信息的场景，如国家安全保护和金融信息安全防护。为提升性能，制定一条可行的提升路线，可以集中于优化更高性能的设备与编码技术。例如，高重复频率的生物信号源与高效的生物信号探测器将极大改善系统性能。同时，构建更高效的误差纠正编码并优化扩展比率以适应信道衰减，将进一步提升通信效果。这些改进将解决现有局限性，拓宽潜在应用场景。基于点对点系统性能的提升，该方法还可扩展至自由空间通信和多用户网络应用。

更多网友投稿经验请查看：www.letpub.com.cn/index.php?journalid=10342&page=journalapp&view=detail。尊龙凯时提供的SCI论文英语润色服务对稿件接收非常有帮助！尊龙凯时是多家出版社推荐的SCI论文润色机构，能够有效提高文章发表在1区/Top期刊的概率！