光纤传输系统的跨层加密方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种光纤传输系统的跨层加密方法及系统，该跨层加密方法包括：数据加密步骤、光编码步骤、光解码步骤、恢复步骤、数据解密步骤。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术提出的跨层加密方案，对于窃听用户而言，必须同时破解物理层的光编码加密与数据加密，从而提高了现有光纤传输系统的安全性。同时，通过物理层的OCDMA多址/复用技术，实现了多用户传输系统，也增加了光纤传输系统容量。本发明专利技术特别适合公安、银行、政府等特殊机构的光传送网和接入网进行重要信息的安全传输，具有急迫的市场需求和广阔应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及光纤传输系统的跨层加密方法及系统。
技术介绍
目前的光缆易被窃听，光纤通信系统中光信息传输的安全性问题已刻不容缓亟待解决。光信息的安全传输要求其通信系统具有好的安全性，应具有抗毁、抗截获、抗攻击、能身份认证和进行隐藏的功能。传统的光网络安全性采用网络上层协议的数据加密，并假设物理层已提供畅通且无差错的传输。但是，所有基于算法的加密手段都已经被证明是可以破解的。例如，2009年，日本、法国和德国的研究团队破解了768比特的RSA加密算法。基于物理的“测不准”和“不可分割”原理的量子密码通信具有绝对安全性，但由于受物理机制的限制，目前的量子通信技术仅适合于低速率的信号传输。光网络物理层安全的主要技术方案有：混沌光通信、光码分多址(Optical Code Division Multiple Access,OCDMA)和量子噪声随机编码(Quantum Noise Randomized Cipher,QNRC)]等。OCDMA通信系统具有多种防护功能，可实现光信息的安全传输。1)抗截获，“棱镜门”事件已暴露出了有200多条光缆被窃听，使信息传输安全受到严重威胁。OCDMA系统基于时频域变换的扩频机理及安全体系，使其具有较强的抗截获的功能。2)抗攻击，面对恶意入侵，OCDMA系统可以采用跳频编码或码字重构等措施，有效避开入侵光信号的影响，保障系统正常运行，从而具有抗攻击能力，确保信息通信的安全。3)身份认证，OCDMA系统对每个用户赋予一个唯一的光域地址码，非授权用户不能获取到系统中所传输其他用户的信号，确保用户只能接收本身的信号，通过动态可重构地址码，系统可以随时确认每个用户的身份，确保信息的可信传输。4)隐匿性，对机密性要求高的信息传输，采用隐匿传输，增加被发现的技术难度，从而增加其安全性。OCDMA系统利用其扩频扩时特性，将所传输的信号变为类噪声，隐匿在常规传输系统中，甚至隐匿于背景噪声中。一方面，随着计算机在软件和硬件方面的快速发展，使得计算机的计算能力飞速提高，从而使得破解任意一个加密算法理论上都是可行的，例如已经被破解RSA和DES算法等等。另一方面，OCDMA物理层加密能提高现有光纤通信系统的安全性，但不能保证绝对的安全性，也存在码字被破解的可能。因此，为了进一步提高现有光纤传输系统的安全性，一种有效的解决途径是采用跨层加密技术。综上，传统的光网络安全性采用网络上层协议的数据加密，并假设物理层已提供畅通且无差错的传输。但是，所有基于算法的加密手段都已经被证明是可以破解的。例如，2009年，日本、法国和德国的研究团队破解了768比特的RSA加密算法。基于物理的“测不准”和“不可分割”原理的量子密码通信具有绝对安全性，但由于受物理机制的限制，目前的量子通信技术仅适合于低速率的信号传输。另一方面，OCDMA物理层加密能提高现有光纤通信系统的安全性，但不能保证绝对的安全性，也存在码字破解的可能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种光纤传输系统的跨层加密方法，在发射端执行如下步骤：A.数据加密步骤：采用加密算法进行数据加密，转化为密文数据；B.光编码步骤：采用光编码器对密文数据进行物理层的光编码形成光密文数据；在接收端执行如下步骤：a.光解码步骤：采用与光编码器匹配的光解码器进行解密，恢复正确的光密文数据；b.恢复步骤：恢复正确的密文数据；c.数据解密步骤：采用与加密相应的解密算法，对密文数据进行数据解密，恢复用户数据。作为本专利技术的进一步改进，所述光编码器为OCDMA编码器，所述光解码器为OCDMA解码器。作为本专利技术的进一步改进，所述加密算法包括DES算法、RSA算法、AES算法。作为本专利技术的进一步改进，在恢复步骤中，对光信号进行光电检测、放大、滤波和抽样判决，从而恢复正确的密文数据。作为本专利技术的进一步改进，从发射端至接收端的光传输过程中，编码后的光信号进行光纤传输，链路中采用光放大器、色散补偿进行信号处理。本专利技术还公开了一种光纤传输系统的跨层加密系统，包括：数据加密模块：采用加密算法进行数据加密，转化为密文数据；光编码模块：采用光编码器对密文数据进行物理层的光编码形成光密文数据；光解码模块：采用与光编码器匹配的光解码器进行解密，恢复正确的光密文数据；恢复模块：恢复正确的密文数据；数据解密模块：采用与加密相应的解密算法，对密文数据进行数据解密，恢复用户数据。作为本专利技术的进一步改进，所述光编码器为OCDMA编码器，所述光解码器为OCDMA解码器。作为本专利技术的进一步改进，所述加密算法包括DES算法、RSA算法、AES算法。作为本专利技术的进一步改进，在恢复模块中，对光信号进行光电检测、放大、滤波和抽样判决，从而恢复正确的密文数据。作为本专利技术的进一步改进，从发射端至接收端的光传输过程中，编码后的光信号进行光纤传输，链路中采用光放大器、色散补偿进行信号处理。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的跨层加密方案，对于窃听用户而言，必须同时破解物理层的光编码加密与数据加密，从而提高了现有光纤传输系统的安全性。同时，通过物理层的OCDMA多址/复用技术，实现了多用户传输系统，也增加了光纤传输系统容量。本专利技术特别适合公安、银行、政府等特殊机构的光传送网和接入网进行重要信息的安全传输，具有急迫的市场需求和广阔应用前景。附图说明图1是本专利技术的跨层加密系统架构图。图2是本专利技术的系统总体方案图。图3是本专利技术的光编码器的参数设置图。图4是本专利技术的光解码器的参数设置图。图5是本专利技术的方法流程图。图6是数据加密处理过程图。图7是经编码后的输出波形图。图8是光解码器进行解密的物理层光信号图。图9是恢复正确的密文数据图。图10是解密后的用户数据图。具体实施方式图1是本专利技术提出的跨层加密系统架构，用户数据首先采用加密算法进行数据加密，转化为密文数据，然后经过光发射机和光编码器，进行物理层的光加密，最后，耦合到光纤进行光纤传输。对于传统的数据加密光纤传输系统，用户数据采用加密算法进行数据加密后，直接经光调制后进行光纤传输，这样，在光纤传输链路中，窃听用户对数据“0”和“1”可直接检测，即可以正确获得物理层信号(密文)。而本专利技术提出的跨层加密系统的区别在于，在发射端，用户加密数据还需要脉冲光发射机和光编码器，将用户的密文数据进行物理层的光编码，即实现基于光编码的物理层加密。这样，在光纤传输链路中，窃听用户对数据“0”和“1”不可检测，即无法正确获得物理层信号(密文)，从而实现物理层加密。在接收端，合法用户采用匹配的光解码器和脉冲光接收机，可以正确恢复用户的物理层信号。然后，采用相应的数据解密算法，正确恢复用户数据。也就是说，本专利技术的跨层加密系统，合法用户必须同时具有匹配的光解码器(物理层解密)和正确的数据解密算法，才能正确恢复用户数据。如果只有数据解密算法，或者只有相应的光解码器，窃听者都无法正确恢复用户数据。因此，本专利技术提出的跨层加密系统及方法，提高了现有光纤传输系统的安全性，具有重要的应用前景。图2为系统总体方案,在发射端，用户数据信号经过加密算法进行数据加密后，经调制器后，再进行OCDMA编码的物理层加密。在接收端，先进行OCDMA解码，恢复正确的物理层数据信号，然后进行相应的解密算法，恢复用户的数据信息。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤传输系统的跨层加密方法，其特征在于，在发射端执行如下步骤：A.数据加密步骤：采用加密算法进行数据加密，转化为密文数据；B.光编码步骤：采用光编码器对密文数据进行物理层的光编码形成光密文数据；在接收端执行如下步骤：a.光解码步骤：采用与光编码器匹配的光解码器进行解密，恢复正确的光密文数据；b.恢复步骤：恢复正确的密文数据；c.数据解密步骤：采用与加密相应的解密算法，对密文数据进行数据解密，恢复用户数据。

【技术特征摘要】
1.一种光纤传输系统的跨层加密方法，其特征在于，在发射端执行如下步骤：A.数据加密步骤：采用加密算法进行数据加密，转化为密文数据；B.光编码步骤：采用光编码器对密文数据进行物理层的光编码形成光密文数据；在接收端执行如下步骤：a.光解码步骤：采用与光编码器匹配的光解码器进行解密，恢复正确的光密文数据；b.恢复步骤：恢复正确的密文数据；c.数据解密步骤：采用与加密相应的解密算法，对密文数据进行数据解密，恢复用户数据。2.根据权利要求1所述的跨层加密方法，其特征在于，所述光编码器为OCDMA编码器，所述光解码器为OCDMA解码器。3.根据权利要求1所述的跨层加密方法，其特征在于，所述加密算法包括DES算法、RSA算法、AES算法。4.根据权利要求1所述的跨层加密方法，其特征在于，在恢复步骤中，对光信号进行光电检测、放大、滤波和抽样判决，从而恢复正确的密文数据。5.根据权利要求1所述的跨层加密方法，其特征在于，从发射端至接收端的光传输过程中，编码后的光信号进行光纤传输，链路中采用光放...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉建华，李文俊，王可，徐铭，张志朋，杨淑雯，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44