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1. (WO2019048024) DEVICE AND METHOD FOR GENERATING A KEY
Примечание: Текст, основанный на автоматизированных процессах оптического распознавания знаков. Для юридических целей просьба использовать вариант в формате PDF

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Schlüssels

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Schlüssels, etwa einer Bitfolge, unter Verwendung eines Multimode-Interferometers. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Bereitstellen eines Schlüssels und auf ein kryptographisches Multimode-Interferometer bzw. ein elektrooptisch programmierbares Multimode-interferometer als kryptographischen Schlüssel.

Für die Zwecke der Authentifizierung und/oder Verschlüsselung besteht ein Bedarf an Konzepten zum Ableiten von Schlüsseln. Hierfür kann beispielsweise Passwörter oder andere gemeinsame Geheimnisse (shared secret) genutzt werden, die es ermöglichen, festzustellen, ob der jeweilige Kommunikationspartner über das erforderliche Wissen verfügt.

Bekannte Software- oder hardwarebasierte Algorithmen zum Ausführen einer Verschlüs-seiung können nur unzureichend, d. h. mit ungenügender Genauigkeit und/oder mit zu großem Rechenaufwand, abgebildet werden.

Wünschenswert wäre deshalb ein Konzept zum Erzeugen eines Schlüssels, das den Schlüssel mit einer hohen Genauigkeit und mit geringem Rechenaufwand erzeugen kann.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Schlüssels und ein Verfahren zum Erzeugen eines Schlüssels zu schaffen, die es ermöglichen einen Schlüssel mit hoher Präzision und geringem Rechenaufwand zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, erkannt zu haben, dass durch Verwendung eines Multimode-Interferometers Hardware-basiert, das bedeutet, mit gerin-gern Rechenaufwand, ein Schlüsse! erzeugt werden kann, der durch Ausnutzen der opti- sehen Eigenschaften des ultimode-Interferometers mit einer hohen Präzision erhaltbar ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiei umfasst eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Schlüssels ein Muitimode-interferometer, das mit einer Lichtquelle koppelbar ist und einen Lichtpfad mit einem Material umfasst, das eine steuerbare Brechzahl aufweist, wobei der Lichtpfad ausgebildet ist, um unter dem Einfluss einer lokal variierenden Brechzahl des Materials Licht an einer Eingangsseite zu erhalten, zu beeinflussen, und um ein beein-f!usstes Licht an einer Ausgangsseite bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Empfangseinrichtung, die ausgebildet ist, um das beeinflusste Licht an der Ausgangsseite zu empfangen und eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Auswertung basierend auf dem beeinflussten Licht auszuführen, und um basierend auf der Auswertung den Schlüssel zu erzeugen.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung konfiguriert, um basierend auf der lokal variierenden Brechzahl eine lokal variierende Beeinflussung des Lichts zu erhalten. Dies ermöglicht den Erhalt des Schlüssels durch die lokale Variation der Brechzahl innerhalb des Materials, was mit geringem Rechenaufwand und in hoher Präzision erhalten werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Lichtquelle, die mit dem Lichtpfad verbunden ist und die ausgebildet ist, um das Licht auszusenden. Dies ermöglicht den Erhalt einer funktionsintegrierten Schaltung, bei der die Lichtquelle und das Material aufeinander angepasst sein können.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Lichtquelle eine schmalbandige Lichtquelle, etwa ein Laser oder eine Lichtauelle, die über ein Filter verfügt, das möglicherweise breitbandi-ges Licht empfängt und einen schmalbandigen Anteil hieraus ausgibt.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Empfangseinrichtung ein Filter, das konfiguriert ist, um das beeinflusste Licht zu filtern und um ein schmalbandiges gefiltertes Licht an einem Filterausgang bereitzustellen, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, um die Auswertung basierend auf dem schmalbandigen gefilterten Licht auszuführen. Dies ermöglicht die Verwendung von vergleichsweise breitbandigen Lichtquellen, was eine einfache technische Ausführung ermöglicht, und eine Filterung des verwendeten Lichts an der Empfangseinrichtung, so dass unverändert präzise Schlüssel mit einer unverändert hohen Genauigkeit erhalten werden können.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, um eine lokale Intensitätsverteilung des beeinflussten Lichts oder eines gefilterten Lichts zu bestimmen, und um basierend auf der lokalen Intensitätsverteilung den Schlüssel zu erzeugen. Vorteilhaft daran ist, dass eine Intensitätsverteilung mit geringem Rechenaufwand, etwas unter Verwendung von Schwellwerten, bestimmbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, um die lokale Intensitätsverteilung in voneinander verschiedenen Teilbereichen eines Gesamtbereichs des Lichtpfades auszuführen. Der Schlüssel umfasst eine Mehrzahl von Schlüsselabschnitten, wobei jeder Schlüsselabschnitt einem Teilbereich zugeordnet ist. Dies ermöglicht den Erhalt komplexer Schlüssel mit einer geringen Komplexität des Systems.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Elektrodenanordnung auf, die ausgebildet ist, um die lokal variierende Brechzahl des Materials basierend auf lokal variierenden elektrischen Feldern der Elektrodenanordnung zu erzeugen. Die Elektrodenanordnung kann Teil des Multimode-Interferometers sein. Vorteilhaft ist, dass elektrische Fel-der mit hoher Genauigkeit, hoher Reproduzierbarkeit und mit geringem technischem Aufwand erzeugbar sind.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Elektrodeneinrichtung eine Mehrzahl von räumlich getrennten, d. h. gegeneinander isolierten, Elektrodenelementen auf, die ausgebildet sind, um die Brechzahl des Materials räumlich getrennt zu beeinflussen. Die Vorrichtung weist eine Ansteuereinrichtung auf, die ausgebildet ist, um die Elektrodenelemente so anzusteuern, dass jedem Muster angesteuerter Elektroden der Elektrodeneinrichtung ein Muster in dem beeinflussten Licht eindeutig zugeordnet ist. Vorteilhaft daran ist, dass ein Ansteuersignal zum Ansteuern der Elektroden in ein Muster des beeinflussten Lichts ein-deutig überführbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Elektrodeneinrichtung eine Mehrzahl von räumlich getrennten Elektrodenelementen auf, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind. Die Elektroden sind bezüglich der Beeinflussung des durch den Lichtpfad gelei-teten Lichts bezüglich zumindest einer Richtung des zweidimensionalen Arrays asymmetrisch gebildet. Dies kann so weit ausgeführt werden, dass jede Elektrode eine eindeutige Beeinflussung in dem beeinflussten Licht erzeugt und/oder jede Kombination von Elektrodenelementen, die angesteuert werden, ein eindeutiges Muster erzeugt. Vorteilhaft ist, dass eine hohe Entropie in dem Schlüsse! erhalten werden kann und ein hoher Werte be-reich des Schlüssels erhalten wird.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung konfiguriert, um eine asymmetrische Beeinflussung des durch den Lichtpfad geleiteten Lichts bezüglich zumindest einer Richtung des zweidimensionalen Arrays durch voneinander verschiedene Elektrodengeometrien und/oder durch voneinander verschiedene elektrische Spannungen an den Elektro-denelementen zu erzeugen. Dies ermöglicht die Ansteuerung der Elektroden mit geringem Aufwand, etwa durch vorkonfigurierte Elektrodengeometrien und/oder rechenunauf-wendiges Anlegen konstanter und voneinander verschiedener oder veränderlicher Spannungen.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Elektrodeneinrichtung eine Mehrzahl von räumlich getrennten Elektrodenelementen auf, die in Zeilen und Spalten eines zweidimensionalen Arrays angeordnet sind. Elektroden innerhalb einer Zeile weisen eine voneinander verschiedene und innerhalb der Zeile eindeutige Abmessung entlang einer Zeilenrichtung auf. Alternativ oder zusätzlich weisen Elektroden innerhalb einer Spalte eine voneinander verschiedene und innerhalb der Spalte eindeutige Abmessung entlang einer Spaltenrichtung auf. Diese Kriterien können für eine, mehrere oder alle Zeilen und/oder Spalten gelten. Vorteilhaft daran ist, dass eine kompakte Anordnung der Elektrodengeometrien erhalten werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform weist ein Quotient der Abmessung zweier beliebiger benachbarter Elektroden entlang der Zeitenrichtung einen einheitlichen Quotientenwert auf und/oder ein Quotient der Abmessung zweier beliebiger Elektroden entlang der Spaltenrichtung weist den einheitlichen Quotientenwert auf. Dies ermöglicht den einfachen Erhalt individueller Elektrodenelemente.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Quotienienwert einen Wert innerhalb eines Wertebereichs von zumindest 1 ,5 und höchstens ' f, etwa ein Wert von zumindest 2, etwa 2, Beispielsweise weist eine benachbarte Elektrode entlang der Spaltenrichtung oc lenrichtung eine halbe Abmessung verglichen mit der anderen Elektrode auf. Ein derarti-ger Quotientenwert ist besonders vorteilhaft für die Ausgestaltung der individuellen Elektrodenelemente.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Multimode-Interferometer ausgebildet, um die Brechzahl des Materials lokal variierend basierend auf einer Bitfolge umfassend eine erste Anzahl von Bits zu variieren. Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, um für den Schlüssel eine Bitfolge mit der ersten Anzahl von Bits für den Schlüssel bereitzustellen. Dies ermöglicht den Erhalt eines n-Bitschlüssels basierend auf einer n-Bitansteuerung des Multimode-lnterferometers.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung konfiguriert, um die Bitfolge an einem Signalausgang bereitzustellen, und um an einem Signaleingang ein Eingangssignal zu empfangen, das einen Referenzschlüssel aufweist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um den Referenzschlüssel mit dem Schlüssel zu vergleichen, und um basierend auf einem Vergleichsergebnis eine Identität eines Senders des Eingangssignals zu bewerten. Dies ermöglicht eine Oberprüfung, ob die andere Vorrichtung das geteilte Geheimnis kennt. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung ausgebildet sein, um basierend auf einer erhaltenen Bitfolge den Schlüssel abzuleiten und den Schlüssel bereitzustellen, so dass die den Schlüssel empfangende Vorrichtung die Identität der Vorrichtung überprüfen kann.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Schlüssel ein erster Schlüssel. Die Vorrichtung ist ausgebildet, um während eines ersten Zeitintervalls ein erstes Licht durch den Lichtpfad zu leiten, um den ersten Schlüssel zu erhalten, und um während eines zweiten Zeitintervalls ein zweites Licht durch den Lichtpfad zu leiten, um einen zweiten Schlüssel zu erhalten. Die Auswerteeinrichtung ist konfiguriert, um den ersten Schlüssel und den zweiten Schlüssel zu einem Gesamtschlüssel zu kombinieren. Dies ermöglicht eine synergetische wiederholte Nutzung des Multimode-lnterferometers, das in Wechselwirkung mit unterschiedlichem Licht, etwa in unterschiedlichen Wellenlängen, unterschiedliche Moden anregen bzw. sich in unterschiedlichen Moden ausbreiten kann und so unterschiedliche Muster in dem beeinflussten Licht erzeugen kann, so dass die verwendete Lichtart oder Lichtquelle ein weiterer Freiheitsgrad ist, der zu einer Erhöhung der in dem Schlüssel verwendeten oder erzeugten Bits unter Beibehaltung der hohen Entropie verwendet werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Multimode-Interferometer ein erstes Multimode-Interferometer. Die Vorrichtung weist zumindest ein zweites Multimode-Interferometer auf, das mit einem Ausgang des Lichtpfades gekoppelt ist. Dies ermöglicht die weitere Beein- flussung des bereits beeinfiussten Lichts in dem zweiten Muitimoae-Interferometer, was eine hohe Robustheit des erzeugten Schlüsseis ermöglicht.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zumindest ein drittes Multimode-Interferometer auf, das parallel zu dem zweiten Multimode-Interferometer mit dem Ausgang des Lichtpfades gekoppelt ist und ausgebildet ist, um eine von dem ersten Multimode-Interferometer verschiedene lokale Intensitätsverteilung des Lichtpfades zu erhalten. Das bedeutet, dass der Ausgang des ersten Multimode-Interferometers auf zumindest zwei weitere Multimode-Interferometer aufgeteilt werden kann, die voneinander zumindest teilweise disjunkte Informationen erhalten und diese weiter beeinflussen. Dies ermöglicht eine weiter erhöhte Robustheit des erzeugten Schlüssels basierend auf den Ausgängen des zweiten und dritten Multimode-Interferometers.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Multimode-Interferometer ein erstes Multimode-Interferometer, das verschachtelt mit einem zweiten Multimode-Interferometer angeordnet ist. Dies ermöglicht eine hohe Komplexität des erzeugten Schlüssels und somit eine hohe Robustheit des erzeugten Schlüssels.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Lichtpfad ein erster Lichtpfad und weist zumindest zwei räumlich beabstandete Ausgänge des Lichtpfades auf, die konfiguriert sind, um unterschiedliche räumliche Intensitätsverteilungen des Lichtpfades auszugeben. Die räumlich beabstandeten Ausgänge sind an unterschiedlichen lateralen Stellen mit einem Eingang eines zweiten Lichtpfades des zweiten MuStimode-Interferometers gekoppelt. Das bedeutet, dass der Lichtpfad des zweiten Multimode-Interferometers an lateral unter-schiedlichen Stellen unterschiedlich beeinflusstes Licht erhalten kann, so dass am Ausgang des zweiten Multimode-Interferometers ein hochgradig komplex beeinflusstes Licht erhalten werden kann, was einen robusten Schlüssel ermöglicht.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Material zumindest eines aus einem etektroopti-sehen Material, einem magnetooptischen Material, einem thermooptischen Material und einem spannungsoptischen Material.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Material ein elektrooptisches Material, und umfasst zumindest eines aus einem Beta-Bariumborat, einem Lithiumniobat, ein ;i-Lanthan-Zirkonat-Titanat, und einem Flüssigkristall und einem Nitrobenzol-Material, welches eine Flüssigkeit mit einem ausgeprägten Kerr-Effekt bereitstellen kann. Diese Materialien er- möglichen eine präzise Ansteuerung mit geringen Alterungseffekten und einer hohen Präzision.

Gemäß einer Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Erzeugen eines Schlüssels ein Leiten von Licht von einer Eingangsseite eines Lichtpfades zu einer Ausgangsseite des Lichtpfades unter dem Einfluss einer lokal variierenden Brechzahl eines Materials, das eine steuerbare Brechzahl aufweist, des Lichtpfades. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines beeinflusstes Lichts an der Ausgangsseite und ein Empfangen des beein-flussten Lichts an der Ausgangsseite. Ferner umfasst das Verfahren ein Ausführen einer Auswertung basierend auf dem beeinflussten Licht und ein Erzeugen des Schlüssels basierend auf der Auswertung.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand weiterer abhängiger Patentansprüche.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen eines

Schlüssels gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2a eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungs- beispieS, die eine mit einem Lichtleiter verbundene Lichtquelle aufweist;

Fig. 2b eine schematische Seitenschnittansicht der Vorrichtung aus Fig. 2a entlang eines Schnitts einer in Fig. 2a entsprechend dargestellten Schnittlinie;

Fig. 2c. eine schematische Seitenschnittansicht einer gegenüber Fig. 2b modifizierten der Vorrichtung, bei der Elektroden und Gegenelektroden an derselben Seite eines optischen Kerns angeordnet sind gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausgangsseite einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die in voneinander verschiedene Teilbereiche unterteilt ist;

Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel, die mit einer eiteren Vorrichtung kommuniziert;

Fig. 5a-d schematische Aufsichten auf Elektrodenanordnungen von Multimode- Interferometern, die in Vorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen eingesetzt werden können;

eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die eine Ansteuereinrichtung und Auswerteeinheit aufweist;

eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die zumindest ein erstes Multimode-Interferometer und ein zweites, seriell angeordnetes Multimode-Interferometer aufweist;

eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungs- beispiel, bei der ein Multimode-Interferometer verschachtelt in einem weiteren Multimode-Interferometer angeordnet ist; und

ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente. Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.

Nachfolgende Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung mit einem Multi-mode-lnterferometer. Ein Multimode-Interferometer kann ausgebildet sein, um Licht von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite eines Lichtpfades zu leiten. Innerhalb des Lichtpfades kann sich das Licht in mehrere Moden ausbreiten, die jeweils eine Beeinflussung des Lichts hervorrufen. Diese Beeinflussung kann durch eine veränderliche Amplitude, Phase oder Intensitätsverteilung an der Ausgangsseite des Lichtpfades feststellbar sein.

Nachfolgende Ausführungsbeispieie sind im Zusammenhang mit elektrooptischem Material erläutert, welches basierend auf einem elektrischen Feld eine lokal variierbare optische Brechzahl aufweisen kann. Obwohl die Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit elektrooptischen Material erläutert sind, sind die Ausführungsbeispiele nicht hierauf be-schränkt, sondern beziehen sich auch auf andere Materialien, deren Brechzahl variierbar ist. Hierzu gehören unter anderem magnetooptische Materialien zum Ausnutzen eines magnetooptischen Effekts basierend auf einem magnetischen Feld, thermooptische Materialien zum Ausnutzen eines thermooptischen Effekts basierend auf einer veränderlichen Temperatur und/oder eines spannungsoptischen Materials zum Ausnutzen eines span-nungsoptischen Effekts basierend auf einer elektrischen Spannung. Alternativ oder zusätzlich können Multi-Quantum-Well-Strukturen verwendet werden, welche z.B. durch GaAs/AIGaAs-Halbleiter erzeugt werden,

Für die Beeinflussung der unterschiedlichen Moden in dem bspw. elektrooptischen Mate-rial kann eine lokal variierende Änderung der Brechzahl des elektrooptischen Materials ausgenutzt werden. Ausführungsbeispiele sehen hierfür vor, an unterschiedlichen Orten in dem elektrooptischen Material elektrische Felder anzulegen, um die Brechzahl des elektrooptischen Materials am Ort des elektrischen Felds zu beeinflussen, d. h. zu verändern. Durch die veränderte Brechzahl kann eine räumliche Störstelle in dem elektrooptischen Material erhalten werden, die eine charakteristische Beeinflussung der entsprechenden Mode ermöglicht. Die Mode kann hierbei durch eine Wellenlänge von durch den Lichtpfad wandernden Lichts, von einem Ort und/oder einer räumlichen Ausdehnung der Störstelle beeinflusst sein. Das bedeutet, dass die Beeinflussung der Moden eine Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes aufweisen kann.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines Schlüssels 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Multi-mode-lnterferometer 14, das mit einer Lichtquelle koppeibar ist. Beispielsweise weist das Muitimode-Interferometer 14 einen Lichtpfad 16 auf, durch welchen Licht wandern kann oder geleitet wird und hierbei beeinflusst werden kann. An einer Eingangsseite 18 kann eine Lichtquelle oder ein mit der Lichtquelle verbundener Lichtleiter gekoppelt oder angeschlossen werden, um Licht zu erhalten. Der Lichtpfad 16 kann in seinem Verlauf von der Eingangsseite hin zu einer Ausgangsseite 22 an unterschiedlichen Orten unterschiedliche Brechzahlen n, bzw. n2 aufweisen, wobei eine Anzahl, eine Position und/oder eine Geo-metrie von Bereichen 24. die gegenüber anderen Bereichen eine andere Brechzahl n2 aufweisen, beliebig sein kann, Insbesondere können auch mehr als zwei voneinander

verschiedene Brechzahlen n-, oder n2 in dem Multimode-Interferometer 14 ausgebildet werden. Das bedeutet, es können auch mehr als zwei unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Brechzahlen vorliegen.

In dem Lichtpfad 18 kann eiektrooptische Material angeordnet sein, das ausgebildet sein kann, um ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Feld seine Brechzahl zu ändern. Beispiele für ein derartiges elektrooptisches Material sind Beta-Bariumborat, Lithium-niobat, Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat, nematisches Flüssigkeitskristalle und/oder parane-matische Flüssigkeitskristalle. Alternativ können auch andere Materialien, deren Brech-zahl variierbar ist, verwendet werden, etwa Materialien zum Ausnutzen eines magnetooptischen Effekts {magnetooptisches Material), eines thermooptischen und/oder eines spannungsoptischen Effekt (thermooptisches Material bzw. spannungsoptischen Material). Alternativ oder zusätzlich können Multi-Quantum-Well-Strukturen verwendet werden, welche z.B. durch GaAs/AiGaAs-Halbleiter erzeugt werden. Das bedeutet, es können auch andere Mechanismen zur Brechzahlvariation im MMI verwendet werden. Obwohl sich nachfolgende Ausführungsbeispiele auf eine Anordnung von Elektroden beziehen, die ausgebildet sind, um ein elektrisches Feld an das eiektrooptische Material anzulegen, kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen ein anderes Material verwendet werden, wobei in diesen Ausführungsbeispielen andere physikalische Größen an das Material an-gelegt werden, um die Brechzahl zu beeinflussen, bspw. ein Magnetfeld, eine elektrische Spannung oder eine Temperatur, was durch Elektroden oder andere Erzeuger der physikalischen Größe erfolgen kann, die in diesem Fall anzuordnen sind.

Eiektrooptische Materialien können basierend auf räumlich variierenden elektrischen Fel-dem unterschiedliche Brechzahlen ni und/oder n2 aufweisen, was ein lokal variierende Beeinflussung von durch den Lichtpfad 16 geleiteten Lichts ermöglicht, womit eine Ausbreitung des Lichts in unterschiedlichen oder veränderlichen Moden ermöglicht wird. In ähnlicher Weise können magnetooptische Materiaien können basierend auf räumlich variierenden elektrischen Feldern, spannungsoptische Materialien können basierend auf räumlich variierenden Spannungen oder thermooptische Materialien können basierend auf räumlich variierenden Temperaturen die unterschiedlichen Brechzahlen ^ und/oder n2 aufweisen. Die ausgeprägten Moden können eine verglichen mit der Eingangsseite 18 verschiedene Phasenverteilung, Amplitudenverteilung oder Intensitätsverteilung an der Ausgangsseite 22 in dem beeinflussten Licht aufweisen oder bereitstellen.

Die Vorrichtung 10 umfasst eine Empfangseinrichtung 28, die ausgebildet ist, um das be-einfiusste Licht an der Ausgangsseite 22 zu empfangen, Beispielsweise kann die Empfangseinrichtung 26 Photodetektoren oder dergleichen aufweisen. Alternativ können auch andere lichtempfindliche Elemente oder Materialien eingesetzt werden, etwa Widerstand-selemente, die auf eintreffendes Licht mit unterschiedlichen Widerstandswerten reagieren.

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Auswerteeinrichtung 28, die ausgebildet ist, um eine Auswertung basierend auf dem beeinflussten Licht auszuführen, und um basierend auf der Auswertung den Schlüsse! 12 zu erzeugen. Beispielsweise kann die Auswerteein-richtung 28 ausgebildet sein, um basierend auf den Informationen, die von der Empfangseinrichtung 26 erhalten werden, ein Muster des Lichts an der Ausgangsseite 22 zu bewerten, etwas hinsichtlich einer Phasenverteilung, Amplitudenverteilung und/oder Intensitätsverteilung. Dieses Muster kann basierend auf einem vordefinierten Kriterium in den Schlüssel 12 überführbar sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die Empfangseinrich-tung 26 ein eindimensionales oder zweidimensionales Array von Photodetektoren aufweisen. Die Auswerteeinrichtung 28 kann für jeden der Photodetektoren eine Schwellwertentscheidung ausführen, ob die in dem jeweiligen Photodetektor erfasste Größe, etwa eine Intensität, in eine binäre 0 oder eine binäre 1 zu überführen ist, Durch Aneinanderreihung der Einzelentscheidungen kann eine Bitfolge als Schlüssel 12 erhalten werden.

Alternativ sind auch andere Formen der Ableitung einer Bitfolge möglich, um den Schlüssel 12 zu erhalten. Zusätzlich zu der Ableitung eines Bits aus einer Schwellwertentscheidung ist es ebenfalls möglich, eine derart erhaltene Bitfolge weiterzuverarbeiten, etwa durch Invertierung, Kombination mit anderen Bits oder Größen oder dergleichen.

Fig. 2a zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die ähnlich aufgebaut sein kann wie die Vorrichtung 10. Die Vorrichtung 20 umfasst das Muitimode-Interferometer 14. Verglichen mit der Vorrichtung 10 umfasst die Vorrichtung 20 eine Lichtquelle 32, die mit einem Lichtleiter 34 verbunden ist, der konfigu-riert ist, um von der Lichtquelle 32 bereitgestelltes Licht an die Eingangsseite 18 zu liefern. Alternativ kann die Lichtquelle 32 auch direkt mit der Eingangsseite 18 verbunden sein, so dass die Anordnung des Lichtleiters 34 optional ist. Bei dem Lichtleiter 34 kann es sich beispielsweise um einen Lichtwellenleiter oder dergleichen handeln. Die Lichtquelle 32 kann eine beliebige Lichtquelle sein. Es kann jedoch vorteilhaft sein, dass die Detek-tion und/oder die Auswertung durch die Empfangseinrichtung 26 bzw. die Auswerteeinrichtung 28 basierend auf einem schmalbandigen Licht ausgeführt wird. Als schmalbandig kann beispielsweise ein Wellenlängenbereich Δλ verstanden werden, der höchstens 10 nm, bevorzugt höchstens 1 nm und besonders bevorzugt in einem Wertebereich von 1 bis 10 pm liegt. Dies kann unter der Berücksichtigung erfolgen, dass Interferenzen in dem Multimode-Interferometer bzw. dem Lichtpfad wellenlängenabhängig erzeugt werden, so dass es für eine Interferenz zwischen einzelnen Moden vorteilhaft sein kann, schmalban-diges Licht zu verwenden. Ein Auslegekriterium kann des halb sein, dass eine Kohärenzlänge des Lichtpfades so gestaltet ist, dass Interferenzen an der Ausgangsseite 22 mit einem guten Kontrast erhalten werden, so dass eine möglichst fehlerfreie Auswertung ermöglicht ist.

Zum Erhalten des schmalbandigen Lichts kann eine schmalbandige Lichtquelle, etwa eine schmalbandige lichtemittierende Diode (LED) oder ein Laser verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtquelle 32 auch ein Filter aufweisen, das konfiguriert ist, um breitbandiges oder zumindest eine höhere Wellenlängenschwankung aufweisendes Licht eines Lichterzeugungselementes zu filtern und um am Ausgang des Filters das schmalbandige bereitzustellen, das an das Multimode-Interferometer geleitet werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es ebenfalls möglich, dass die Empfangseinrichtung 26 ein derartiges Filter aufweist, das konfiguriert ist, um das beeinflusste Licht zu filtern, und um aus einem möglicherweise breitbandigen Signal an der Ausgangsseite 22 lediglich ein schmalbandiges Signal herauszufiltern, um ein schmalbandiges gefiltertes Licht an einem Filterausgang bereitzustellen. Die Auswerteeinrichtung 28 kann ausgebildet sein, um die Auswertung basierend auf dem schmalbandigen Licht auszuführen.

Die Vorrichtung 20 kann eine Elektrodenanordnung 36 aufweisen, die ausgebildet ist, um die lokal variierende Brechzahl basierend auf lokal variierenden elektrischen Feldern der Elektrodenanordnung 36 zu erzeugen. Hierfür kann die Elektrodenanordnung 36 eine Mehrzahl oder Vielzahl von Elektroden 381 bis 38« aufweisen. Die Elektroden 38- bis 3816 können individuell von einer Ansteuereinrichtung 42 der Vorrichtung 20 angesteuert werden. Die Ansteuereinrichtung 42 kann ausgebildet sein, um eine einzelne Elektrode 38· bis 38 zu einem Zeitpunkt oder eine beliebige Kombination von zumindest zwei, zumindest drei oder einer höheren Anzahl oder gar aller Elektroden 38-, bis 38<6 anzusteuern. Hierfür kann die Ansteuereinrichtung 42 eine gleiche aber auch eine voneinander verschiedene elektrische Spannung an die Elektroden 38i bis 3816 anlegen, so dass unter Berücksichtigung oder Vernachlässigung eines Elektrodenabstands der Elektroden 38i bis 3816 zu einer jeweiligen oder gemeinsamen Referenzelektrode ein gleiches aber auch

voneinander verschiedenes elektrisches Feld in dem eiektrooptischen Material des Lichtpfades des Multimode-interferometers erzeugbar ist.

Obwohl die Vorrichtung 20 so dargestellt ist, dass die Elektrodenanordnung 38 '6 FJekt-roden aufweist, kann eine beliebige andere Anzahl von Elektroden, etwa zumindest eine, zumindest zwei, zumindest fünf, zumindest zehn, zumindest 16, zumindest 64, zumindest

256 oder eine höhere Anzahl von Elektroden verwendet werden.

Die Elektroden 38 bis 38 6 können räumlich getrennt voneinander angeordnet sein, das bedeutet, elektrisch isoliert voneinander sein. Eine individuelle Ansteuerung der Elektroden 38i bis 3816 ermöglicht eine räumlich getrennte Beeinflussung der Brechzahl des eiektrooptischen Materials des Multimode-interferometers, etwa am jeweiligen Ort der Elektroden 38t bis 3816. Die Beeinflussung kann sich hierbei auf die Anwesenheit eines elektrischen Feldes, auf dessen Stärke und/oder Ausprägung gegenüber einer Situation beziehen, in welcher das elektrische Feld abwesend ist, das bedeutet, die jeweilige Elektrode 38i bis 38i6 nicht angesteuert ist. Alternativ kann eine Beeinflussung auch dadurch erhalten werden, dass eine andere Feldstärke erhalten wird, etwa durch Veränderung eines Spannungswerts an der Elektrode 38i bis 38 6 von einem ersten Wert ungleich 0 zu einem zweiten Wert ungleich 0. Alternativ oder zusätzlich kann eine Beeinflussung auch durch eine Abwesenheit des elektrischen Felds erhalten werden, das bedeutet, der Referenzzustand kann eine Anwesenheit des elektrischen Felds bezeichnen.

Die Ansteuereinrichtung 42 kann ausgebildet sein, um die Elektroden 38, bis 3816 der

Elektrodeneinrichtung 36 so anzusteuern, dass jedem Muster aus angesteuerten Elektro-den ein jeweiliges Muster in dem beeinflussten Licht und/oder dem Schlüssel 12 eindeutig zugeordnet ist. So kann beispielsweise ein Eingangssignal 44 der Ansteuereinrichtung 42 eine Information oder Bitfolge aufweisen, die eindeutig anzeigt, welche der Elektroden bis 38i6 anzusteuern sind und/oder in welchem Umfang diese anzusteuern sind. Ist die Ansteuereinrichtung 42 beispielsweise ausgebildet, um eine Anzahl von 16 Elektroden 38 s bis 38ie binär anzusteuern, das bedeutet, zwischen einem ersten Spannungswert und einem Spannungswert zu wechseln, beispielsweise An/Aus, so kann das Eingangssignal 44 eine entsprechende Anzahl von Bits aufweisen, beispielsweise 16. Jedes der Bits des Eingangssignals 44 kann somit eindeutig einer Elektrode 38i bis 3816 und/oder einer Kombination von zumindest zwei der Elektroden 38! bis 3810 zugeordnet sein und anzei-gen, ob und wie diese Elektroden angesteuert werden. Basierend auf dem Erhalt eines eindeutigen Musters an der Ausgangsseite 22 basierend auf jedem der Muster der An-

Steuerung der Elektroden 38- bis 3816 kann somit auch ein eindeutiger Schlüssel 12 erhalten werden, der beispielsweise eine gleiche Bitlänge aufweist wie das Eingangssignal 44, Jedem der Muster an der Ausgangsseite 22 kann somit ein Schlusses geordnet sein. Es kann bspw, jedem Eingangssignal 44 ein Schlüssel 12 zugeordnet werden und/oder jedem Schlüssel ein Eingangssignal, Durch Einfügung von Redundanzen, Codes oder dergleichen kann auch eine geringere Anzahl von Bits erhalten werden.

Vorteilhaft für eine eindeutige Zuordnung jedes Schlüssels 12 zu einem Eingangssignal 44 bzw. einem Muster angesteuerter Elektroden 38, bis 38- e kann eine Asymmetrie in der Elektrodenanordnung 36 sein. Wird beispielsweise innerhalb eines Gedankenexperiments ausschließlich die Elektrode 38 6 betrachtet, so kann eine durch ihre Ansteuerung erhaltene Beeinflussung des Lichts identisch oder zumindest nahezu identisch sein, unabhängig davon, wo sich die Elektrode 16 entlang einer x-Richtung benachbart zu dem Lichtpfad des Multimode-interferometers 14 befindet. Dahingegen kann eine Position entlang der y-Richtung von Relevanz sein und eine veränderte Position y der Elektrode 38 ö entlang der y-Richtung zu einer veränderten Beeinflussung führen. Die Beeinflussung kann jedoch symmetrisch bezüglich eines Orts, an den das Licht der Lichtquelle in das Multi-mode-lnterferometer 14 geleitet wird, sein, etwa einer Mittenachse. Eine Anordnung bei maximalem y-Wert und einer Anordnung bei minimalem y-Wert der Elektrode 38 6 kann basierend auf einer derartigen Symmetrie zu einer identischen oder nahezu identischen Beeinflussung an der Ausgangsseite 22 führen. Eine Asymmetrie der Elektrodenanordnung 36 entlang der Richtungen x und/oder y kann deshalb Vorteile bei der Eindeutigkeit der an der Ausgangsseite 22 erhaltenen Muster bieten.

Die Elektroden 38i bis 3816 können in einem zweidimensionalen Array angeordnet sein und bezüglich zumindest einer Richtung innerhalb des zweidimensionalen Arrays asymmetrisch gebildet sein.

Die Elektrodenanordnung 36 gemäß Fig. 2a zeigt eine besonders bevorzugte Ausfüh-rungsform, bei der die Elektroden 38i bis 3818 entlang beider Richtungen x und y des zweidimensionalen Arrays asymmetrisch gebildet sind. Die Elektroden 38< bis 38- δ können in Zeilen und Spalten angeordnet sein, wobei eine Zeile beispielsweise die Elektroden 384, 383, 382 und 38·. ; 388, 38,· , 386 und 385; 3812, 38- , 3810 und 389 bzw. 3816, 3815, 38 4 und 3813 aufweisen. Eine Spalte kann beispielsweise die Elektroden 384, 388, 3812 und 38i6; 383, 387, 38,, und 38i5; 382l 385, 3810 und 3814 bzw. 38· , 38-, 38? und 38-, aufweisen.

Elektroden innerhalb einer Spalte können entlang einer Spaltenrichtung, beispielsweise y, angeordnet sein, Elektroden innerhalb einer Zeile können entlang einer Zeilenrichtung, beispielsweise x, angeordnet sein. Es versteht sich, dass durch beliebige andere Be-Zeichnung der Richtungen im Raum und/oder durch eine Drehung der Vorrichtung 20 im Raum eine beliebige andere Zuordnung zu den Richtungen erhalten werden kann.

Elektroden innerhalb einer Zeile können eine voneinander verschiedene Abmessung entlang der Zeilenrichtung x aufweisen. Hierbei kann die Abmessung der jeweiligen Elektro-de entlang der Zeilenrichtung x eindeutig sein. Eindeutig kann sich hierbei darauf beziehen, dass jede Elektrode individuell bezüglich ihrer Abmessung ausgestaltet ist und beispielsweise eine Abmessung x,, x2, x3 oder x4 aufweist, die jeweils voneinander verschieden sind. Die Eindeutigkeit kann sich jedoch auch darauf beziehen, dass die jeweilige Abmessung Xi bis x4 auch nicht durch eine Kombination anderer Elektroden innerhalb der jeweiligen Zeile erhalten werden kann. Die Beeinflussung des Lichts in dem Lichtpfad kann von einer räumlichen Ausdehnung der durch das elektrische Feld erzeugten Störstelle, d. h. der veränderlichen Brechzahl, abhängig sein. Durch eine derartige Eindeutigkeit, dass eine Abmessung x- bis x4 nicht durch eine Kombination jeweils anderer Werte x-i , x2, x3 und/oder x4 erhalten werden kann, kann vermieden werden, dass eine ähnliche Störstelle in der gleichen Zeile erhalten wird.

Alternativ oder zusätzlich kann eine Abmessung von Elektroden innerhalb einer Spalte eine voneinander verschiedene und innerhalb der Spalte eindeutige Abmessung entlang der Spaltenrichtung y aufweisen.

Gemäß einem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel kann gelten, dass

x1<x2<x3<x4; und


Wird eine Abmessung entlang der jeweiligen Zeilenrichtung x oder Spaltenrichtung y zweier benachbarter Elektroden verglichen, beispielsweise ein Quotient hieraus gebildet, wobei die größere Abmessung im Zähler und die kleinere Abmessung im Nenner steht, beispielsweise y /y3 für das Elektrodenpaar 38-e;38-2 oder x3/x2 für das Elektrodenpaar

38i5;3814, so kann sich jeweils ein Quotient bilden, der einen Quotientenwert aufweist.

Gemäß einer Ausführungsform kann beispielsweise gelten, dass χ<ί=2·χ3, χ3=2·χ2 und
Hier kann beispielsweise ein Quotientenwert von 2 erhalten werden, der innerhalb jeder Zeile und jeder Spalte konstant ist. Das bedeutet, dass der Quotient der Abmessung zweier beliebiger benachbarter Elektroden entlang der Zeilenrichtung und/oder Spaltenrichtung einen einheitlichen Quotientenwert aufweisen kann. Der Quotientenwert kann beispielsweise einen Wert innerhalb eines Wertebereichs von zumindest 1 ,5 und höchstens 10. zumindest 2 und höchstens 8 und/oder zumindest 2 und höchstens 3 aufweisen, etwa 2. Für Quotienten mit einem Wert zwischen 1 und 2 können Werte existieren, für welche die Summe zweier Elektrodenlängen der Länge einer dritten Elektrode entspricht, was im Sinne der Eindeutigkeit vermieden werden kann. Für Werte größer oder gleich 2. ist die Länge einer dritten Elektrode nicht mehr durch die Summe der Längen anderer Elektroden erreichbar, so dass Werte von zumindest 2 für den Quotienten vorteilhaft sind.

Obwohl die Elektrodenanordnung 36 so beschrieben ist, dass die Elektroden bzw. das Array asymmetrisch bezüglich beider Richtungen x und y gebildet sind, kann eine Asymmetrie bezüglich einer Richtung bereits ausreichend sein. Obwohl das Array der Elektrodenanordnung 36 so beschrieben ist, dass der Quotient innerhalb einer Zeile und einer Spalte konstant ist, kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen ein Array derart gebildet sein, dass Elektroden innerhalb einer Zeile eine voneinander verschiedene und innerhalb der Zeile eindeutige Abmessung entlang der Zeilenrichtung x aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Elektroden innerhalb einer Spalte eine voneinander verschiedene und innerhalb der Spalte eindeutige Abmessung entlang der Spaltenrichtung y aufweisen. Alternativ hierzu ist eine symmetrische Anordnung oder Ausbildung der möglicherweise identisch gebildeten Elektroden bzw. der die Brechzahl beeinflussenden Größe erfolgen.

In einer allgemeinen Form kann die Elektrodeneinrichtung 38 bezüglich des zweidimensionalen Arrays so gebildet sein, dass die Elektroden 38i bis 3816 bezüglich der Beeinflussung des durch den Lichtpfad geleiteten Lichts bezüglich zumindest einer Richtung x oder y des zweidimensionalen Arrays asymmetrisch gebildet sind. Dies kann so ausgeführt sein, dass jede Elektrode 38i bis 3816 eine eindeutige Beeinflussung des Lichts an der Ausgangsseite 22 hervorruft. Die asymmetrische Beeinflussung des durch den Lichtpfad geleiteten Lichts bezüglich zumindest einer Richtung x oder y des zweidimensionalen Arrays kann durch voneinander verschiedene Elektrodengeometrien und/oder durch von-einander verschiedene elektrische Spannungen an den Elektroden 38, bis 3816 erzeugt werden.

Eine Referenzelektrode für die Elektroden 38-, bis 38« ist in Fig. 2a nicht dargestellt.

Fig. 2b zeigt eine schematische Seitenschnittansicht der Vorrichtung 20 entlang eines Schnitts A-A' einer in Fig. 2a entsprechend dargesteiiten Schnittlinie. Den Elektroden 38,, 388, 3812 und 3816 innerhalb der Schnittlinie A-A' kann eine Referenzelektrode 38R gegenüberliegend angeordnet sein, so dass das elektrooptische Material 46 des Multimode-Interferometers zwischen den Elektroden 38 , 388, 3812 und 3816 oder mehrerer oder gar aller Elektroden der Elektrodenanordnung 36 und der Referenzelektrode 38R angeordnet ist. Die Referenzelektrode 38R kann eine einzelne Elektrode sein, die sich gegenüberliegend der kompletten Elektrodenanordnung 36 befindet, kann aber auch in Form mehrerer Elektroden gebildet sein. In der Darstellung gemäß Fig. 2b kann beispielsweise eine elektrische Spannung an die Elektrode 3812 angelegt sein, etwa durch eine Ansteuerung mittels der Ansteuereinrichtung 42. Im Bereich eines derart erhaltenen elektrischen Felds E kann eine Brechzahl des eiektrooptischen Materials 46 verändert sein und beispielsweise n2 betragen, während außerhalb des elektrischen Felds eine Brechzahl von ^ vorherrschen kann. Das elektrooptische Material 46 kann von einem Mantel 48 umschlossen sein, das sowohl einen Austritt von Licht aus dem eiektrooptischen Material 46 reduzieren oder verhindern kann als eine elektrische Isolierung der Elektroden des Elektrodenarrays 36 gegenüber der Referenzeiektrode 38R ermöglichen kann. Die Vorrichtung 20 kann ein Substrat 52 aufweisen, das die Vorrichtung 20 zumindest teilweise trägt.

Die Ausgangsseite 22 kann eine ähnliche Geometrie aufweisen wie die gezeigte Querschnittsfläche des eiektrooptischen Materials 46, wobei durch Änderungen der Geometrie des eiektrooptischen Materials 46 entlang des Lichtpfades auch eine andere Querschnittsfläche erhalten werden kann. Entlang einer derartigen Fläche kann die Auswerteeinrichtung 28 ausgebildet sein, um eine lokale Intensitätsverteilung des beeinfiussten Lichts oder des gefilterten Lichts zu bestimmen, und um basierend auf der lokalen Intensitätsverteilung den Schlüsse! 12 zu erzeugen.

In anderen Worten überführt ein vorgeschlagenes kryptographisches Multimode-Interferometer (Krypto-MMI) ein elektrisches n-Biteingangssignal in ein elektrisches m-Bitausgangssignal, wobei gelten kann, dass n > m und mithin n = m, beispielsweise n, m = 16. Beispielsweise wird zunächst jedes Bit des n-Biteingangssignals mittels der Ansteuereiektronik in einem dem jeweiligen Bitwert entsprechenden Spannungswert gewandelt, mit welchem eine dem jeweiligen Bit zugeordnete Elektrode angesteuert wird.

Wie es anhand der Fig. 2b, die einen Schnitt durch das MMI zeigt, ersichtlich ist, ändert sich aufgrund des elektrischen Felds E zwischen den Eiektroden und einer Gegenelektrode die Brechzahl des eiektrooptischen Kernmaterials, so dass sich im MMI eine Brechzahlverteilung ergibt, die sich aus der Gesamtheit der angesteuerten Elektrodenverteilung ergibt. Die Brechzahlverteilung innerhalb des MMIs beeinflusst, ähnlich wie bei einem Hologramm, bei dessen Durchlaufen die Phase des von einem Laser (Lichtquelle) in das MMI eingestrahlten Lichts, so dass sich für jedes digitale Eingangssignal eine charakteristische Intensitätsverteilung am Ausgang des MMIs einstellt. Diese Intensitätsverteilung am Ausgang des MMIs wird durch eine Vorrichtung zur Detektion (Empfangseinrichtung) er-fasst und mittels einer Auswerteelektronik (Auswerteeinrichtung) in ein n-Bit Ausgangssignal überführt. Ein derartiges MMI zeigt eine für die Verschlüsselung günstige Charakteristik. So ist bei geeigneter Wahl der Elektrodenform und -anordnung die Oberführung des Eingangssignals in das Ausgangss/gnal eindeutig. Dies kann durch eine asymmetrische Anordnung der Elektroden erhalten werden. Die Transferfunktion ist damit mittels statisti-scher Methoden nicht extrapolierbar. Des Weiteren sind Rechenmodelle des Krypto-MMI zu ungenau und/oder zu rechenaufwendig, um dessen Verhalten abzubilden.

Fig. 2c zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer gegenüber der Vorrichtung 20 modifizierten Vorrichtung 20' entlang der Schnittlinie A-A'. Die Vorrichtung 20' ist dahin-gehend modifiziert, dass die Elektroden 38, und zumindest eine Gegenelektrode auf derselben Seite des Materials 46 angeordnet sind. Bspw. ist wie bei Vorrichtung 20 eine gemeinsame Gegenelektrode 38R vorgesehen. Alternativ sind mehrere gemeinsam oder individuell steuerbare Gegenelektroden 38Ri vorgesehen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist jeweils eine Gegenelektrode 38Ri einer Elektrode 38, zugeordnet, so dass Ansteu-erelektroden 38 und Gegenelektroden 38R in korrespondierender Anzahl vorliegen. So kann z.B. jeweils ein Bit des Schlüssels als Paar aus Elektrode 38, und Gegenelektrode 38Rj dargestellt und durch Ansteuerung des Paares gebildet werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Ausgangsseite 22, die in voneinander ver-schiedene Teilbereiche 54< bis 54i6 unterteilt ist. Die Ausgangsseite 22 kann eine Querschnittsfläche des Lichtpfades sein, die bezüglich der lokal variierenden Beeinflussung ausgewertet wird. Die Auswerteeinrichtung der Vorrichtung, etwa die Auswerteeinrichtung 28, kann ausgebildet sein, um eine lokale Beeinflussung, etwa die lokale Intensitätsverteilung, in voneinander verschiedenen Teilbereichen 54-, bis 5416 eines Gesamtbereichs des Lichtpfades auszuführen, das bedeutet, der Ausgangsfläche 22. Der erzeugte Schlüssel kann eine Mehrzahl von Schlüsslabschnitten aufweisen. Jeder Schiüsselabschnitt kann

zumindest ein Bit umfassen aber auch eine höhere Anzahl von Bits. Beispielsweise um-fasst der Schlüsse! 12 eine Anzahl von 18 Bits Bi bis B16. Jeder Schlüsselabschnitt B1 bis Bi6 kann einem Teilbereich 541 bis 5416 zugeordnet sein, das bedeutet, basierend auf der lokalen Auswertung jedes Teilbereichs 5 1 bis 54, können zumindest ein Bit an informa-tionen für den Schlüssel 12 abgeleitet werden. Wird für jeden Teilbereich 5 1 bis 5416 beispielsweise eine binäre Schwellwertentscheidung vorgenommen, so kann für jeden Teilbereich 541 bis 54 is ein Bit an Information gewonnen werden. Erfolgt eine mehrstufige

Schwellwertentscheidung, so kann auch eine höhere Anzahl von Bits je Teilbereich angeordnet werden.

Obwohl die Ausgangsseite 22 als Rechteck dargestellt ist, kann sie eine beliebige andere

Form aufweisen, etwa rund, elliptisch, polygon, als Freiformfiäche oder als eine Kombination hiervon. Jeder der Teilbereiche 541 bis 5416 kann rund, eckig, polygon, elliptisch oder als Freiformfläche gebildet sein und kann eine gleiche oder von anderen Teilbereichen verschiedene Abmessung aufweisen. Insbesondere können eine Position und Art und Form der Teilbereiche 54i bis 5416 an die erhaltenen Lichtmuster angepasst werden.

Obwohl die Teilbereiche 54, bis 5416 so dargestellt sind, dass sie ein einzeiliges Array an der Ausgangsseite 22 bilden, kann eine beliebige Anordnung gewählt werden, etwa ein zwei- oder mehrzeiliges Array oder eine beliebige andere geometrische Anordnung, die in Übereinstimmung mit den zu erfassenden Effekten an der Ausgangsseite 22 steht.

Wie es im Zusammenhang mit den Fig. 2a und 2b erläutert ist, kann das Multimode-Interferometer ausgebildet sein, um die Brechzahl des e!ektrooptischen Materials lokal variierend basierend auf einer Bitfoige in dem Eingangssignai 44 zu variieren. Das Eingangssignal 44 kann eine erste Anzahl von Bits aufweisen, beispielsweise 16. Die Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, um für den Schlüssel 12 e olge mit einer korrespondierenden Anzahl von Bits für den Schlüssel 12 bereitzustellen.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die mit einer weiteren Vorrichtung 57 kommuniziert. Die Vorrichtung 40 kann ähnlich aufgebaut sein wie die Vorrichtung 20 und kann einen physikalischen oder logischen Signaleingang 56 aufweisen. An dem Signaleingang 56 kann die Vorrichtung 40 drahtlos oder drahtgebunden eine Bitfolge empfangen, die beispielsweise das Eingangs-Signal 44 umfasst. Die Vorrichtung 40 kann einen logischen oder physikalischen Signalausgang 58 aufweisen und konfiguriert sein, um unter Verwendung des Signalausgangs

58 den Schlüssel 12 zu senden. Der Signaleingang 56 und der Signalausgang 58 können Teile von getrennten oder einen gemeinsamen Kommunikationsschnittstelle sein. Die Vorrichtung 57 kann ausgebildet sein, um das Eingangssigna! 44 an die Vorrichtung 40 zu senden. Basierend hierauf kann die Vorrichtung 40 den Schlüssel 12 erstellen und diesen an die Vorrichtung 57 zurücksenden. Die Vorrichtung 57 kann aufbauend hierauf überprüfen, ob die Vorrichtung 40 das gemeinsame Geheimnis (shared secret) kennt, um basierend auf der Eingangsinformation des Eingangssignals 44 den passenden Schlüssel 12 zu erzeugen. Anstelle des Schlüssels 12 kann die Vorrichtung 40 auch ausgebildet sein, um eine unter Verwendung des Schlüssels 12 codierte oder decodierte Nachricht an die Vorrichtung 57 zu senden. In diesem Fall kann die verschlüsselte oder unverschlüsselte Nachricht das geteilte Geheimnis sein.

Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung 40 ausgebildet sein, um das Eingangssignal 44 mit dem Signalausgang 58 zu versenden und um ansprechend hierauf den Schlüs-sei 12 zu empfangen. Die Vorrichtung 40 kann somit ausgebildet sein, um die Bitfolge des Eingangssignals 44 an dem Signalausgang 58 bereitzustellen und kann an dem Signaleingang 56 ein Eingangssignal empfangen, das einen Referenzschlüssel, den Schlüssel 12, aufweist. Die Vorrichtung 40 kann in diesem Fall ausgebildet sein, um den Referenzschlüssel mit dem selbstgenerierten Schlüssel zu vergleichen, und um basierend auf ei-nem Vergleichsergebnis eine Identität der Vorrichtung 57 zu bewerten.

Unter erneuter Bezugnahme auf die Fig. 2a und 2b kann die Vorrichtung 20 ausgebildet sein, um in zeitlich unterschiedlichen Zeitintervaiien ein erstes und ein hiervon verschiedenes zweites Licht durch den Lichtpfad zu leiten. Bei den voneinander verschiedenen Licht-Einstellungen kann es sich beispielsweise um eine voneinander verschiedene Wellenlänge handeln. Basierend auf jeder voneinander verschiedenen Wellenlänge kann ein voneinander verschiedenes Interferenzmuster an der Ausgangsseite 22 des Lichtpfades erhalten werden, so dass basierend auf unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedliche Schlüssel von der Auswerteeinrichtung 28 bereitgestellt werden können. Die Auswerteein-richtung kann konfiguriert sein, um die so erhaltenen Schlüssel zu einem Gesamtschlüssel zu kombinieren, etwa durch Aneinanderfügen oder Miteinanderverknüpfen der einzelnen Bits.

Fig. 5a zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Elektrodenanordnung 36a eines ulti-mode-lnterferometers 14a, das in erfindungsgemäßen Vorrichtungen eingesetzt werden kann. Die Elektrodenanordnung 36a umfasst eine Anzahl von zumindest 256 Elektroden,

die in vier Spalten angeordnet sind, wobei die Abmessungen der Elektroden innerhalb der jeweiligen Spalte gleich ist und abhängig von der Spalte x< , x2, x3 oder x4 betragen kann. Eine Anzahl von 256 Elektroden kann beispielsweise mittels eines zumindest 256 Bit umfassenden Signals angesteuert werden. Eine andere Anzahl von Elektrode kann ohne Einschränkung verwendet werden, etwa mehr als 10, mehr als 50, mehr als 100 oder mehr als 256. Die Elektroden einer Zeile, beispielsweise die Elektroden 38-, , 382, 383 und 384 können somit unterschiedliche Abmessungen der x-Richtung und gleiche Abmessungen entlang der y-Richtung aufweisen. Ferner können die Elektroden innerhalb einer Spalte, beispielsweise die Elektroden 384, 388, 3812, 38256 eine gleiche Abmessung entlang der y-Richtung aufweisen, etwa die Abmessung y Das bedeutet, verglichen mit der Fig. 2a kann die Asymmetrie auch lediglich einer der Richtungen x oder y vorherrschen. Optional können die Die Elektroden 384 , 38e, 3812, 3825e zwar die selbe Breite aufweisen, aber bezogen auf das MMI immer noch asymmetrisch angeordnet sein, etwa durch Versatz oder eine unterschiedliche Abmessung in y oder dergleichen.

Fig. 5b zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Elektrodenanordnung 36b eines Multi-mode-lnterferometers 14v, das in Vorrichtungen gemäß hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen eingesetzt werden kann. Die Elektroden 38·, , bis 38iS sind bezüglich ihrer Oberflächengeometrie asymmetrisch und weisen jeweils eine Freiformfläche auf. Elektro-denlängen (Abmessung entlang x-Richtung) und Elektrodenbreiten (Abmessung entlang y-Richtung) können innerhalb der Elektrode individuell variieren und zu einer individuellen Oberflächengeometrie der jeweiligen Elektrode 381 bis 38w führen.

Fig. 5c zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Elektrodenanordnung 36c eines Multi-mode-lnterferometers 14c, das in Vorrichtungen gemäß hierin beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen eingesetzt werden kann. Die Elektrodenanordnung 36c weist bezüglich der verwendeten Geometrie symmetrische Elektrode 38i bis 3812 auf. Die Elektroden 38i bis 38i2 können in einer Anzahl von Zeilen 82i bis 623 angeordnet sein, beispielsweise drei. Die Zeilen 62·, bis 623 können symmetrisch bezüglich einer axiaien Symmetrieachse 64 angeordnet sein, die beispielsweise einen mittleren Lichtausbreitungspfad des Lichtpfades 16 beschreiben kann. So können die Zeilen 62i und 623 zwar abseits der Symmetrieachse 64 angeordnet sein aber bezüglich der Elektrodenbreiten, d. h. Ausdehnung entlang der y-Richtung eine identische Abmessung y1 aufweisen. Ferner können Zeilen 821 und 623 mit einem gleichen Abstand zu der Symmetrieachse 64 auf beiden Seiten dersel-ben angeordnet sein. Die Zeile 622 kann beispielsweise auf und mithin symmetrisch zu der Symmetrieachse 64 angeordnet sein und eine gleiche Abmessung entlang der y-

Richtung oder eine hiervon verschiedene Abmessung y2 aufweisen. Die Ansteuereinrich-tui ;ann ausgebildet sein, um an die Zeilen 62- und 623 beispielsweise voneinander verschiedene elektrische Spannungen anzulegen, um so eine Asymmetrie zu erhalten. Das bedeutet, dass die Elektroden 38< bis 38- 2 auch geometrisch symmetrisch gebildet sein können und eine Asymmetrie mit einer asymmetrischen Ansteuerung der Elektroden erhalten werden kann.

Fig. 5d zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Elektrodenanordnung 36d eines Multimode-! nterferometers 14d, das in Vorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen eingesetzt werden kann.

Die Elektroden 38i bis 38256 können in einem zweidimensionalen Array mit Zeilen und Spalten angeordnet sein, wobei sämtliche Elektroden eine gleiche Abmessung entlang der x-Richtung, d. h. x< und entlang der y-Richtung, d. h. y- aufweisen können. Eine Asymmetrie kann durch eine elektrisch voneinander verschiedene Ansteuerung der Elektroden 38 bis 3825β erhalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Asymmetrie dadurch erhalten werden, dass die Elektroden asymmetrisch bezüglich der Symmetrieachse 64 angeordnet werden. Es kann ausreichend sein, lediglich die Elektroden in unterschiedlichen Spalten 66 bis 66, mit voneinander verschiedenen elektrischen Potenzialen zu beaufschlagen.

Es können weitere Elektroden angeordnet sein, etwa symmetrisch bezüglich der dargestellten Elektroden 38i bis 38 und bezogen auf die Symmetrieachse 64. In diesem Fall kann es ebenfalls vorteilhaft sein, um die dann symmetrisch zusätzlich angeordneten Elektroden mit unterschiedlichen elektrischen Potenzialen zu beaufschlagen, insbesondere bezüglich einer hierzu symmetrischen Elektrode innerhalb derselben Spalte 66 bis 664.

In anderen Worten können Elektroden entsprechend ihren Zeile mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt werden, um im Fall der Fig. 5c die Symmetrie zu brechen und eine Asymmetrie zu erhalten. Im Fall der Fig. 5d können entsprechend Ihrer Spalte Elektroden mit unterschiedlicher, beispielsweise wachsender, elektrischer Spannung beaufschlagt werden, was einen ähnlichen oder gleichen Effekt erzeugen kann, wie länger werdende Elektroden entlang der negativen x-Richtung in Fig. 2a.

Fig. 6 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die ähnlich aufgebaut sein kann, wie die Vorrichtung 20. Die Vorrichtung 60 kann eine Ansteuereinrichtung 42' aufweisen, die konfiguriert ist, um basierend auf dem Eingangssignal 44 mit einer Anzahl von beispielsweise 16 Bits eine korrespondierende Anzahl von DigitaS-Analog-Wandlem 681 bis 6816 anzusteuern, deren analoge Ausgangssignale 72i bis 7216 verwendet werden, um die Elektroden 38i bis 38 -,6 anzusteuern. An der Ausgangsseite 22 können Wellenleiter 74i bis 741e mit dem Multimode-Interferometer 14 verbunden sein und ausgebildet sein, um jeweils ein Lichtsignal von der Ausgangsseite 22 auszukoppeln. Beispielsweise kann jeweils einer der Wellenleiter 741 bis 7416 mit einem Teilbereich 5 1 bis 5416 gemäß Fig. 3 verbunden sein. Eine Berechnungseinrichtung 76 der Vorrichtung 60 kann die Empfangseinrichtung 26 aufweisen, die beispielswei-se ein Array von Photodetektoren 78 bis 7816 aufweisen kann, um jeweils eines der Signale der Wellenleiter 74i bis 7416 zu empfangen. Alternativ kann auch eine geringere Zahl von Photodetektoren angeordnet sein und diese beispielsweise in einem Zeitmultiplex genutzt werden.

Die Berechnungseinrichtung 76 kann eine Anzahl von Analog-Digital-Wandlern 82i bis 8216 aufweisen, von denen jeweils einer mit einem Photodetektor 78i bis 78 6 gekoppelt sein kann, wobei auch hier Multiplex-Konzepte zum Einsatz kommen können. Basierend auf einer Wandlung des Lichtsignals eines einzelnen Wellenleiters 74-, bis 7416 bzw. eines Teilbereichs kann jeweils ein Bit B< bis B16 des Schlüssels 12 erhalten werden.

Das Bilden der Bits Bi bis B16 kann in der Berechnungseinrichtung erfolgen, die die Bitwerte zusammensetzen kann.

Fig. 7 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung 70 gemäß einem Ausfüh-rungsbeispiel, die zumindest ein erstes Multimode-Interferometer 14i und ein zweites Multimode-Interferometer 142 aufweist, die jeweils gleich oder verschieden voneinander gebildet sein können und jeweils beispielsweise gemäß den Erläuterungen im Zusammenhang mit dem Multimode-Interferometer 14, 14a, 14b, 14c und/oder 14d gebildet sein können. Das Multimode-Interferometer 142 ist an seiner Eingangsseite 18z mit einer Aus-gangsseite 22 des Multimode-Interferometers 14i gekoppelt, wobei das Multimode-Interferometer 142 die Interferenzmuster an der Ausgangsseite 22i teilweise oder vollständig erhalten kann. Eine Verbindung zwischen der Ausgangsseite 22i und der Eingangsseite 182 kann über Wellenleiter 74 erfolgen. Das bedeutet, dass das Multimode-Interferometer 142 bereits beeinflusstes Licht als Eingangssignai erhalten kann und dieses Licht weiter beeinflussen kann. Ein oder mehrere weitere Multimode-Interferometer 143 können optional angeordnet sein und parallel zu dem Multimode-Interferometer 142 ange- ordnet sein. Beispielsweise kann das Multimode-Interferometer 143 einen anderen Anteil der lokalen Intensitätsverteilung erhalten als das Multimode-Interferometer 142, etwa basierend auf voneinander verschiedenen Teilbereichen 58 gemäß Fig. 3. Das dritte Multimode-Interferometer 143, das parallel zu dem zweiten Multimode-Interferometer 142 mit dem Ausgang des Lichtpfades 16 gekoppelt sein kann, kann deshalb ausgebildet sein, um eine von dem zweiten Multimode-Interferometer 142 verschiedene lokale Intensitätsverteilung des Lichtpfades zu erhalten. Das bedeutet, dass unterschiedliche Teilbereiche der Ausgangsseite 22, mit unterschiedlichen Eingangsseiten 182 oder 183 unterschiedlicher Multimode-Interferometer gekoppelt sein können. In anderen Worten zeigt Fig. 7 eine Kaskadierung von Multimode-Interferometern.

Fig. 8 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung 80 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der das Multimode-Interferometer 141 verschachtelt in einem weiteren

Multimode-Interferometer 142 angeordnet ist. Das Multimode-Interferometer 14T kann so gebildet sein, dass der Lichtpfad zwei oder mehr Ausgänge 84, bis 843 aufweist. Diese können basierend auf voneinander verschiedenen Teilbereichen der Ausgangsseite 22 verschiedene räumliche Intensitätsverteilungen des Lichtpfades ausgeben und an unterschiedlichen lateralen Stellen mit einem Eingang des Multimode-Interferometer 142 koppeln bzw. in dessen Lichtpfad 162 einkoppeln. Das bedeutet, dass an lateral unterschiedli-chen Stellen des Lichtpfades 162 des äußeren Multimode-Interferometers 142 unterschiedliche räumliche Intensitätsverteilungen des inneren Multimode-Interferometers 142 eingekoppelt werden können. Der Lichtpfad 162 kann durch ein eigenes Array oder eine eigene Eiektrodenanordnung 362 angesteuert werden, um eine Beeinflussung der Teilsignale, die von den Ausgängen 84-, bis 843 erhalten werden, auszuführen. Die Position der Ankoppelung des Wellenleiters an das jeweilige Multimode-Interferometer kann variiert werden und kann mittig sein, wobei dies nicht erforderlich ist.

Die Vorrichtungen 70 und 80, d. h. die Kombination mehrerer Multimode-Interferometer ermöglicht es, eine Robustheit der Schlüssel zu erhöhen, da die mögliche Beeinflussung und mithin die zu berücksichtigenden Rechenoperationen ansteigen und eine Nachbildung oder Extrapolation des Schlüssels entsprechend aufwendiger wird.

Obwohl die serielle Hintereinanderschaltung bzw. Kaskadierung von MMI in Fig. 7 und die Verschachtelung in Fig. 8 als voneinander getrennte Ausführungen beschrieben sind, können beide auch kombiniert miteinander angeordnet werden, das bedeutet, kaskadierte MMIs können verschachtelt werden und/oder verschachtelte MMIs können kaskadiert werden.

Ausführungsbeispiele umfassen neben der Anwendung eines Multimode-Interferometers auch Multimode-Interferometer, die in Abwesenheit eines Wellenleiters mit der Lichtquelle, etwa einem Laser, verbunden sein können. Ausführungsbeispiele beziehen sich ferner auf Krypto-MMI, die nacheinander kaskadierte MMIs aufweisen, siehe Vorrichtung 70, und/oder ineinander verschachtelte MMIs aufweisen, siehe Vorrichtung 80.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen kryptographischen Hardwareschlüssel mit elektrooptisch programmierbaren Multimode-Interferometer als Kernkomponente. Die Ausführungsbeispiele ermöglichen eine Komponente, welche ein elektrisches digitales Eingangssignal eindeutig in ein elektrisches digitales Ausgangssignal wandeln kann. Hierbei kann die Methode zur Wandlung, d. h. Verschlüsselung, des Eingangssignals auf physikalischen Effekten beruhen, was gegenüber Software- oder Hardware basierten Algorithmen vorteilhaft ist. Die Ausführungsbeispiele zeigen ein elektrooptisch programmierbares Multimode-Interferometer (MMI) als Kernkomponente eines kryptographischen Hardwareschlüssels, der auch als Krypto-MMI bezeichnet werden kann.

Fig. 9 zeigt ein schematisches Abiaufdiagramm eines Verfahrens 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ein Schritt 1 10 umfasst eine Leiten von Licht von einer Eingangsseite eines Lichtpfades zu einer Ausgangsseite des Lichtpfades unter dem Einfluss einer lokal variierenden Brechzahl eines Materials des Lichtpfades, das eine steuerbare Brechzahl aufweist. Dies kann das Steuern der Brechzahl umfassen, so dass das Material lokal in seiner Brechzahl variiert. Ein Schritt 120 umfasst ein Bereitstellen eines beeinflussten Lichts an einer Ausgangsseite des Lichtpfades. Ein Schritt 30 umfasst ein Empfangen des beeinflussten Lichts an der Ausgangsseite. Ein Schritt 140 umfasst ein Ausführen einer Auswertung basierend auf dem beeinflussten Licht. Ein Schntt 150 umfasst ein Erzeugen des Schlüssels basierend auf der Auswertung.

Obwohl hierin beschriebene Ausführungsbeispiele eine Anordnung von 12, 16 oder 256 Elektroden und eine Verwendung einer entsprechenden Anzahl von Bits zur Ansteuerung offenbaren, kann eine hiervon verschiedene Anzahl von Elektroden genutzt werden und/oder eine von einem Bit verschiedene Anzahl von Bits genutzt werden, um eine Elekt-rode anzusteuern.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder ais ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu ver-stehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.