基于复合逻辑的超高速全光数据实时加/解密系统及方法技术方案

技术编号:15706366 阅读:174 留言:0更新日期:2017-06-26 19:17
为解决现有物理层全光数据易破解、难以实时加密超高速数据等问题,本发明专利技术提供了一种基于复合逻辑的超高速全光数据实时加/解密系统及方法。其中加密方法包括步骤:1)产生第一电域伪随机序列和基准时钟;2)将第一电域伪随机序列加载至第一激光器输出的脉冲激光载波上,产生光域随机加密密钥;2)将光域随机加密密钥和待加密超高速全光数据一同注入到第一光纤放大器进行光功率放大;3)将放大后的光域随机加密密钥与超高速全光数据一同注入到第一高非线性光纤,使光域随机加密密钥与超高速全光数据之间实时产生不同逻辑;4)在第一高非线性光纤输出端进行不同波长处滤波,再对滤波后的两个波长进行耦合,形成具有复合逻辑的光密文。

Ultra high speed all-optical data real-time encryption and decryption system and method based on compound logic

In order to solve the problems that all optical data in the existing physical layer are easy to crack and difficult to encrypt real-time high-speed data, the invention provides a high-speed all-optical data real-time encryption and decryption system and method based on compound logic. The encryption method comprises the following steps: 1) produced the first electric domain pseudo random sequence and a reference clock; 2) pulse laser carrier first electric domain pseudo-random sequence to the first output load, generates a random encryption key optical domain; 2) random encryption key optical domain and high-speed all-optical data to be encrypted together into the first optical fiber amplifier power amplifier; 3) optical domain random encryption key amplified and high-speed all-optical data together into the first high nonlinear fiber, between the random encryption key optical domain and high-speed all-optical data have different logic; 4) of different wavelength filter in the first high nonlinear fiber output. Then the coupling of two wavelength filter, forming a light composite logic with ciphertext.

【技术实现步骤摘要】
基于复合逻辑的超高速全光数据实时加/解密系统及方法
本专利技术属于全光网络
,具体涉及全光网络物理层超高速全光数据的实时加/解密系统及方法。
技术介绍
随着超高速、大容量光传输网络的构建以及IP网络成本效益的提高,很多极敏感信息,如金融交易、医疗记录等,均开始通过互联网传递。现代加密算法主要面向网络层、传输层或会话层,而物理层的安全加密技术并未引起过多关注,因此目前全光网络物理层数据传输是开放模式,超高速全光数据及网络控制命令等的传输都未经任何加密处理,因而存在海量信息失密的巨大风险。国内外各种光纤窃听技术的发展使得对物理层数据信息的窃听只需获得光纤中极低的光信号功率即可实现。例如,单光子探测技术能探测到5×10-13W的光能量,光纤链路监控设备根本无法发现这种极低光功率的衰减。因此海量敏感信息极容易被窃听而造成巨大的经济损失。又如美国“吉米·卡特”号潜艇具备海底光缆窃听功能,可将窃听装置安装到光缆上长期监听而不影响光缆的正常工作。此外,恶意用户可通过攻击放大链路模块、路由交换模块等提取信息,也可以冒充合法用户利用信道串扰及光缆信息泄露缺陷进行非法窃听。目前针对物理层超高速全光数据加密措施主要有:光谱幅度编码(SAE)结合光谱时延编码(SDE)、光码分多址、光跳频、量子密钥分配以及全光异或等加密技术。这些加密方法存在实现复杂、易破解、加密速率较低、难以实用化等问题,如SAE结合SDE要对光谱进行分割并重新组合,实现复杂且不适于宽带通信系统;光码分多址已被证明极易破解;光跳频加密速率受限于光开关频率,无法实现超高速数据加密;量子密钥分配受系统噪声影响大且不适于远程通信系统。
技术实现思路
为解决现有物理层全光数据易破解、难以实时加密超高速数据等问题,本专利技术提供了一种基于复合逻辑的超高速全光数据实时加/解密系统及方法。本专利技术的技术原理是:两束光在高非线性光纤中传输时,在非线性介质的作用下,能同时产生非线性四波混频效应(FWM)和非线性交叉相位调制效应(XPM),本专利技术正是基于上述两种同时发生的瞬时非线性效应实现对超高速全光数据的实时加解密。本专利技术解决上述技术问题的具体技术方案如下:基于复合逻辑的超高速全光数据实时加密系统,其特殊之处在于:包括第一随机密钥生成单元和复合逻辑加密单元;所述第一随机密钥生成单元包括串连的第一伪随机码发生器和第一电光调制器,其中,所述第一电光调制器的输入端还连接有第一激光器;所述复合逻辑加密单元包括第一光纤放大器、第一光滤波器及第二光滤波器;所述第一光纤放大器的输入端用于接收待加密超高速全光数据和所述第一随机密钥生成单元输出的光域随机加密密钥,第一光纤放大器的输出端通过第一高非线性光纤分别与所述第一光滤波器及第二光滤波器的输入端相连,所述第一光滤波器和第二光滤波器的输出耦合后作为实时加密系统的输出。为了提高实时加密系统生成的光密文信号质量,上述第一随机密钥生成单元还包括第一可调谐衰减器和第一光延时线,第一可调谐衰减器的输入端与所述第一电光调制器的输出端相连,第一可调谐衰减器的输出端与所述第一光延时线的输入端相连,第一光延时线的输出端与所述第一光纤放大器相连;上述复合逻辑加密单元还包括第二可调谐衰减器;第二可调谐衰减器用于接收和调节待加密的超高速全光数据光功率,并将调节后的待加密的超高速全光数据输入所述第一光纤放大器。进一步的,上述第一激光器为1550nm波段波长可调谐的脉冲激光器,所述第一电光调制器为LiNbO3电光调制器,所述第一可调谐衰减器和第二可调谐衰减器为光功率可调谐衰减器,所述第一光滤波器和第二光滤波器为中心波长可调谐的带通光滤波器,所述第一高非线性光纤为非线性系数高于普通单模光纤的特种光纤。本专利技术还提供了一种基于复合逻辑的超高速全光数据实时解密系统,其特殊之处在于:包括第二随机密钥生成单元和复合逻辑实时解密单元;所述随机密钥生成单元包括依次连接的时钟同步单元、第二伪随机码发生器和第二电光调制器,其中,所述第二电光调制器的输入端还连接有第二激光器;所述复合逻辑实时解密单元包括第一光分束器、第二光分束器、第二光纤放大器、第三光纤放大器、第一环形器、第二环形器和第三光滤波器;所述第一光分束器用于将所述第二随机密钥生成单元输出的光域随机解密密钥分成两路,所述第二光分束器用于将待解密的超高速全光密文分成两路:一路光域随机解密密钥和一路超高速全光密文耦合后进入所述第二光纤放大器中,另一路光域随机解密密钥和另一路超高速全光密文耦合后进入所述第三光纤放大器中;沿光的传播路径,分别将所述第一环形器和第二环形器的多个端口顺序编号;所述第二光纤放大器的输出端与所述第一环形器的第一个端口相连,所述第三光纤放大器的输出端与所述第二环形器的第一个端口相连,所述第一环形器的第二个端口和所述第二环形器的第二个端口通过第二高非线性光纤相连,所述第一环形器的第三个端口和所述第二环形器的第三个端口同时与所述第三光滤波器的输入端相连,所述第三光滤波器的输出端为实时解密系统的输出端。上述随机密钥生成单元还包括第三可调谐衰减器和第二光延时线,第三可调谐衰减器的输入端与所述第二电光调制器的输出端相连,第三可调谐衰减器的输出端与第二光延时线的输入端相连,第二光延时线的输出端分别与所述第二光纤放大器和第三光纤放大器相连;上述复合逻辑实时解密单元还包括第四可调谐衰减器;第四可调谐衰减器用于接收和调节待解密的超高速全光密文的光功率,并将调节后的待加密的超高速全光密文输入所述第二分束器。上述第二激光器为1550nm波段波长可调谐的脉冲激光器,所述第二电光调制器为LiNbO3电光调制器,所述第三可调谐衰减器和第四可调谐衰减器为光功率可调谐衰减器,所述第三光滤波器为中心波长可调谐的带通光滤波器,所述第二高非线性光纤为非线性系数高于普通单模光纤的特种光纤;所述第一环形器、第二环形器为3端口单向传输光纤器件。本专利技术同时提供了一种基于复合逻辑的超高速全光数据实时加密方法,其特殊之处在于:包括以下步骤:1)产生光域随机加密密钥1.1)利用第一伪随机码发生器产生第一电域伪随机序列和基准时钟;1.2)通过第一电光调制器将所述第一电域伪随机序列加载至第一激光器输出的脉冲激光载波上,产生光域随机加密密钥;2)全光实时加密2.1)将步骤1)产生的光域随机加密密钥和待加密的超高速全光数据一同注入到第一光纤放大器进行光功率放大;2.2)将经所述第一光纤放大器放大后的光域随机加密密钥与超高速全光数据一同注入到第一高非线性光纤,使光域随机加密密钥与超高速全光数据之间实时产生不同逻辑;2.3)利用第一光滤波器和第二光滤波器在第一高非线性光纤输出端进行不同波长处滤波,再对第一光滤波器和第二光滤波器输出的两个波长进行耦合,形成具有复合逻辑的光密文。作为优化,在步骤2)全光实时加密之前,利用第一可调谐衰减器和第一光延时线分别调节步骤1.2)所产生的光域随机加密密钥的功率和脉冲位置,利用第二可调谐衰减器对待加密的超高速全光数据的光功率进行调节,使所述待加密的超高速全光数据和所述光域随机加密密钥的功率相等、脉冲位置重合。在实际实现过程中,这一步能够保证加密后的光密文信号质量更好;因为复合逻辑是基于非线性效应实现的,而要产生更高效的非线性效应,要求输入的本文档来自技高网
...
基于复合逻辑的超高速全光数据实时加/解密系统及方法

【技术保护点】
基于复合逻辑的超高速全光数据实时加密系统,其特征在于:包括第一随机密钥生成单元和复合逻辑加密单元;所述第一随机密钥生成单元包括串连的第一伪随机码发生器和第一电光调制器,其中,所述第一电光调制器的输入端还连接有第一激光器;所述复合逻辑加密单元包括第一光纤放大器、第一光滤波器及第二光滤波器;所述第一光纤放大器的输入端用于接收待加密超高速全光数据和所述第一随机密钥生成单元输出的光域随机加密密钥,第一光纤放大器的输出端通过第一高非线性光纤分别与所述第一光滤波器及第二光滤波器的输入端相连,所述第一光滤波器和第二光滤波器的输出耦合后作为实时加密系统的输出。

【技术特征摘要】
1.基于复合逻辑的超高速全光数据实时加密系统,其特征在于:包括第一随机密钥生成单元和复合逻辑加密单元;所述第一随机密钥生成单元包括串连的第一伪随机码发生器和第一电光调制器,其中,所述第一电光调制器的输入端还连接有第一激光器;所述复合逻辑加密单元包括第一光纤放大器、第一光滤波器及第二光滤波器;所述第一光纤放大器的输入端用于接收待加密超高速全光数据和所述第一随机密钥生成单元输出的光域随机加密密钥,第一光纤放大器的输出端通过第一高非线性光纤分别与所述第一光滤波器及第二光滤波器的输入端相连,所述第一光滤波器和第二光滤波器的输出耦合后作为实时加密系统的输出。2.根据权利要求1所述的基于复合逻辑的超高速全光数据实时加密系统,其特征在于:所述第一随机密钥生成单元还包括第一可调谐衰减器和第一光延时线,第一可调谐衰减器的输入端与所述第一电光调制器的输出端相连,第一可调谐衰减器的输出端与所述第一光延时线的输入端相连,第一光延时线的输出端与所述第一光纤放大器相连;所述复合逻辑加密单元还包括第二可调谐衰减器;第二可调谐衰减器用于接收和调节待加密的超高速全光数据光功率,并将调节后的待加密的超高速全光数据输入所述第一光纤放大器。3.根据权利要求2所述的基于复合逻辑的超高速全光数据实时加密系统,其特征在于:所述第一激光器为1550nm波段波长可调谐的脉冲激光器,所述第一电光调制器为LiNbO3电光调制器,所述第一可调谐衰减器和第二可调谐衰减器为光功率可调谐衰减器,所述第一光滤波器和第二光滤波器为中心波长可调谐的带通光滤波器,所述第一高非线性光纤为非线性系数高于普通单模光纤的特种光纤。4.基于复合逻辑的超高速全光数据实时解密系统,其特征在于:包括第二随机密钥生成单元和复合逻辑实时解密单元;所述随机密钥生成单元包括依次连接的时钟同步单元、第二伪随机码发生器和第二电光调制器,其中,所述第二电光调制器的输入端还连接有第二激光器;所述复合逻辑实时解密单元包括第一光分束器、第二光分束器、第二光纤放大器、第三光纤放大器、第一环形器、第二环形器和第三光滤波器;所述第一光分束器用于将所述第二随机密钥生成单元输出的光域随机解密密钥分成两路,所述第二光分束器用于将待解密的超高速全光密文分成两路:一路光域随机解密密钥和一路超高速全光密文耦合后进入所述第二光纤放大器中,另一路光域随机解密密钥和另一路超高速全光密文耦合后进入所述第三光纤放大器中;沿光的传播路径,分别将所述第一环形器和第二环形器的多个端口顺序编号;所述第二光纤放大器的输出端与所述第一环形器的第一个端口相连,所述第三光纤放大器的输出端与所述第二环形器的第一个端口相连,所述第一环形器的第二个端口和所述第二环形器的第二个端口通过第二高非线性光纤相连,所述第一环形器的第三个端口和所述第二环形器的第三个端口同时与所述第三光滤波器的输入端相连,所述第三光滤波器的输出端为实时解密系统的输出端。5.根据权利要求4所述的基于复合逻辑的超高速全光数据实时解密系统,其特征在于:所述随机密钥生成单元还包括第三可调谐衰减器和第二光延时线,第三可调谐衰减器的输入端与所述第二电光调制器的输出端相连,第三可调谐衰减器的输出端与第二光延时线的输入端相连,第二光延时线的输出端分别与所述第二光纤放大器和第三光纤放大器相连;所述复合逻辑实时解密单元还包括第四可调谐衰减器;第四可调谐衰减器用于接收和...

【专利技术属性】
技术研发人员:谢小平黄新宁段弢汪伟胡辉韩彪
申请(专利权)人:中国科学院西安光学精密机械研究所
类型:发明
国别省市:陕西,61

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1