一种基于FPGA调制切换的安全加密方法及光通信装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块、缓存模块、FIFO寄存模块和调制模块。所述伪随机模块，用于生成伪随机数据，确认与所述伪随机数据对应的信号调制格式；所述缓存模块，用于基于信号调制格式将所述光通信信号发送至所述FIFO寄存模块；所述FIFO寄存模块，接收并将所述光通信信号依次分段存储于多个FIFO寄存器中；所述调制模块，用于根据所述伪随机模块生成的所述信号调制格式对来自FIFO寄存模块的信号进行随机调制，以及生成调制信号。本发明专利技术中的方法及光通信装置利用FPGA技术，通过随机切换通信信号的调制解调方式，克服了通信性能与数据加密之间的矛盾，实现了更加安全的数据传输加密。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA调制切换的安全加密方法及光通信装置
本专利技术涉及安全加密方法及装置，更具体地，涉及一种基于FPGA调制切换的安全加密方法及光通信装置。
技术介绍
随着高性能计算机以及大数据的爆发式增长，如何进行安全通信显得愈来愈重要。安全通信的实现需要两个实体能够通信，并且在两个实体通信过程中不希望出现第三方的监听，即，两个实体之间需要以不易被窃听或拦截窃听的方式进行通信。除此之外，安全通信还包括以不同程度的确定性来共享信息，而这些信息使得第三方无法拦截共享信息中用于沟通的有效内容。随着信息化建设不断推进，信息技术广泛应用，信息网络快速普及，网络安全引发的非传统安全威胁持续蔓延，并逐步向政治、经济、社会及国防等领域传导渗透，因此如何确保安全通信是十分重要的。目前，主要采用经典加密算法和量子加密的方式来保证通信安全。经典加密算法主要采用对称密码体制和非对称密码体制。在对称密码体制中，信息发送方的加密密钥和信息接收方的解密密钥是相同的或是容易互推的，通信双方的密钥必须经过安全的通道由发送方传送给接收方。非对称密码体制又称为公开密码体制，在非对称密码体制中，加密和解密算法及信息发送方的加密密钥都是公开的，而解密密钥只有接收方自己知道，窃听者很难从密文反推原来的消息，只有信息接收方既知道公开密钥又知道私人密钥时，才能将密文解密以还原原文，因此实现了较高的安全性。然而上述两种密码体制均具有较高的数学复杂程度，对信息安全、保密通信的成本和计算机处理能力有较高的要求。量子加密主要的应用是量子密匙分发，其采用量子通信的方式，使通信双方(Alice和Bob)拥有共同密钥，而通信过程中，既使窃听者(Eve)可窃听通信双方(Alice和Bob)之间所有通信，窃听者也无法学习到有关密钥的信息。虽然量子加密十分的安全，但是其加密性能与系统的传输能力无法兼容，传输链路被发现窃听了通信链路就会中断，因而降低了通信能力。针对经典加密算法和量子加密方法在通信过程中出现的问题，亟需一种新的加密方法能够在保证加密安全性的同时确保较高的通信能力和较低的通信成本。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种基于FPGA调制切换的安全加密方法及光通信装置。本专利技术中的方法及光通信装置利用FPGA技术，通过随机切换通信信号的调制解调方式，实现了数据传输的加密。本专利技术采用如下的技术方案。本专利技术第一方面包括一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块、缓存模块、FIFO寄存模块和调制模块，伪随机模块，与缓存模块和调制模块分别相连接，用于生成伪随机数据，根据其生成的伪随机数据确认与伪随机数据对应的信号调制格式，并将信号调制格式发送至调制模块；缓存模块，与伪随机模块和FIFO寄存模块分别相连接，用于对来自业务侧的光通信信号进行缓存，并基于伪随机模块生成的信号调制格式将光通信信号发送至FIFO寄存模块；FIFO寄存模块，与缓存模块相连接，接收来自于缓存模块的光通信信号，并将光通信信号依次分段存储于多个FIFO寄存器中；调制模块，与伪随机模块和FIFO寄存模块分别相连接，用于接收并根据伪随机模块生成的信号调制格式对来自FIFO寄存模块的信号进行随机调制，以及生成调制信号并输出。优选地，伪随机模块可以具有一个或两个伪随机发生器。优选地，当伪随机模块具有两个伪随机发生器时，第一伪随机发生器用于生成随机二进制序列，第二伪随机发生器用于基于第一伪随机发生器生成的随机二进制序列随机生成伪随机数据，伪随机数据用于指示对应的信号调制格式。优选地，伪随机数据为二位二进制数据序列，二位二进制数据序列用于指示对应的四种调制格式。优选地，四种调制格式分别为QPSK调制、16QAM调制、64QAM调制和256QAM调制。优选地，四种调制格式中的一种或多种可以是为光通信信号叠加随机噪声信号或固定信号。优选地，二位二进制数据与四种调制格式之间的对应方式不唯一。优选地，伪随机数据为多于二位的二进制数据序列，多于二位的二进制数据序列用于指示对应的N种调制格式，其中N为用于随机切换的调制格式的数量，在满足光通信信道的香农容量情况下可以为任意大的自然数。优选地，在满足光通信信道的香农容量情况下，为光通信调制器选择尽可能多种的调制格式。优选地，伪随机模块还包括一个自增计数单元，用于基于每一时钟周期内的信号调制格式对FIFO寄存模块中的每一寄存器计数，并将计数数据发送给缓存模块，以指示缓存模块发送缓存数据。优选地，自增计数单元还可用于：当任一时钟周期开始时开始计数，计数从1开始到M截止，其中M为调制格式位宽与业务数据位宽的比；当下一时钟周期开始时计数器清零，并重新从1开始计数。优选地，伪随机模块还包括一个信号锁定单元，用于：当任一时钟周期开始时，断言锁定信号；当来自缓存模块中的光通信信号完成串并变换并基于当前调制格式完成光通信信号在FIFO寄存单元中的分段存储后，断言锁定信号失效；以及，将断言发送至缓存模块中以指示缓存模块发送缓存数据。本专利技术第二方面包括一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信解调器，包括伪随机模块、解调模块和FIFO寄存模块，包括对应于如本专利技术第一方面的一种安全加密光通信调制器的安全加密光通信解调器。本专利技术第三方面包括一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信装置，包括如本专利技术第一方面的一种安全加密光通信调制器和如本专利技术第二方面的一种安全加密光通信解调器。本专利技术第四方面包括一种基于FPGA调制切换的安全加密方法，包括以下步骤，步骤1，对来自业务侧的光通信信号进行缓存；步骤2，生成伪随机数据，并确认与伪随机数据对应的信号调制格式；步骤3，基于信号调制格式将缓存的光通信信号依次分段存储于多个FIFO寄存器中；步骤4，对分段存储在多个FIFO寄存器中的光通信信号进行随机调制和并串变换，生成已加密的调制信号并输出。优选地，步骤2中，生成伪随机数据并确认与伪随机数据对应的信号调制格式还包括：步骤201，生成随机二进制序列；步骤202，从随机二进制序列中任意选择多位数据生成伪随机数据；步骤203，将伪随机数据与多种信号调制格式一一对应。优选地，步骤2中，生成伪随机数据并确认与伪随机数据对应的信号调制格式还包括：从随机二进制序列中任意选择两位数据生成二位二进制序列的伪随机数据，并将二位二进制序列对应与四种解调格式一一对应。优选地，步骤2中，生成伪随机数据并确认与伪随机数据对应的信号调制格式还包括：基于每一时钟周期对FIFO寄存模块中的寄存器计数以实现多种调制格式基于时钟周期的切换。优选地，步骤2中，生成伪随机数据并确认与伪随机数据对应的信号调制格式还包括：当任一时钟周期开始时开始计数，计数从1开始到M截止，其中M为调制格式位宽与业务数据位宽的比；当下一时钟周期开始时计数器清零并重新从1开始计数。优选地，步骤2中，生成伪随机数据并确认与伪随机数据对应的信号调制格式还包括：当任一时钟周期开始时断言锁定信号，当光通信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块、缓存模块、FIFO寄存模块和调制模块，其特征在于，/n所述伪随机模块，与所述缓存模块和所述调制模块分别相连接，用于生成伪随机数据，根据其生成的所述伪随机数据确认与所述伪随机数据对应的信号调制格式，并将所述信号调制格式发送至所述调制模块；/n所述缓存模块，与所述伪随机模块和所述FIFO寄存模块分别相连接，用于对来自业务侧的光通信信号进行缓存，并基于所述伪随机模块生成的所述信号调制格式将所述光通信信号发送至所述FIFO寄存模块；/n所述FIFO寄存模块，与所述缓存模块相连接，接收来自于所述缓存模块的所述光通信信号，并将所述光通信信号依次分段存储于多个FIFO寄存器中；/n所述调制模块，与所述伪随机模块和所述FIFO寄存模块分别相连接，用于接收并根据所述伪随机模块生成的所述信号调制格式对来自FIFO寄存模块的信号进行随机调制，以及生成调制信号并输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块、缓存模块、FIFO寄存模块和调制模块，其特征在于，
所述伪随机模块，与所述缓存模块和所述调制模块分别相连接，用于生成伪随机数据，根据其生成的所述伪随机数据确认与所述伪随机数据对应的信号调制格式，并将所述信号调制格式发送至所述调制模块；
所述缓存模块，与所述伪随机模块和所述FIFO寄存模块分别相连接，用于对来自业务侧的光通信信号进行缓存，并基于所述伪随机模块生成的所述信号调制格式将所述光通信信号发送至所述FIFO寄存模块；
所述FIFO寄存模块，与所述缓存模块相连接，接收来自于所述缓存模块的所述光通信信号，并将所述光通信信号依次分段存储于多个FIFO寄存器中；
所述调制模块，与所述伪随机模块和所述FIFO寄存模块分别相连接，用于接收并根据所述伪随机模块生成的所述信号调制格式对来自FIFO寄存模块的信号进行随机调制，以及生成调制信号并输出。


2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，其特征在于，
所述伪随机模块具有一个或两个伪随机发生器。


3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块，其特征在于，
当所述伪随机模块具有两个伪随机发生器时，第一伪随机发生器用于生成随机二进制序列，第二伪随机发生器用于基于所述第一伪随机发生器生成的所述随机二进制序列随机生成伪随机数据，所述伪随机数据用于指示对应的信号调制格式。


4.根据权利要求3所述的一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块，其特征在于，
所述伪随机数据为二位二进制数据序列，所述二位二进制数据序列用于指示对应的四种调制格式。


5.根据权利要求4所述的一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块，其特征在于，
所述四种调制格式分别为QPSK调制、16QAM调制、64QAM调制和256QAM调制。


6.根据权利要求4所述的一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块，其特征在于，
所述四种调制格式中的一种或多种是为所述光通信信号叠加随机噪声信号或固定信号。


7.根据权利要求4-6中所述的一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块，其特征在于，
所述二位二进制数据与四种调制格式之间的对应方式不唯一。


8.根据权利要求4所述的一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块，其特征在于，
所述伪随机数据为多于二位的二进制数据序列，所述多于二位的二进制数据序列用于指示对应的N种调制格式，其中N为用于随机切换的调制格式的数量，在满足光通信信道的香农容量情况下为任意大的自然数。


9.根据权利要求4所述的一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块，其特征在于，
在满足光通信信道的香农容量情况下，为所述光通信调制器选择尽可能多种的所述调制格式。


10.根据权利要求1中所述的一种基于FPGA调制切换的安全加密光通信调制器，包括伪随机模块，其特征在于，
所述伪随机模块还包括一个自增计数单元，用于基于每一时钟周期内的所述信号调制格式对所述FIFO寄存模块中的每一寄存器计数，并将所述计数数据发送给所述缓存模块，以指示所述缓存模块发送缓存数据。


11.根据权利要求10中所述的一种基于FPGA调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孝莲，纪元，周琦，秦奕，蒋维涤，袁涛，宋新宇，张会彬，李良灿，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32