一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于色散

【技术实现步骤摘要】
一种基于色散
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双环自相位加密的硬件保密通信系统和方法


[0001]本专利技术涉及光纤通信
，更具体地，涉及一种基于色散
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双环自相位加密的硬件保密通信系统和方法。

技术介绍

[0002]随着现代光通信技术的快速发展，我国自主的光纤通信技术不仅已经能够满足大量国内网络建设的不同需求，而且还在逐步地走向国际社会通信网络的建设。这些广泛应用得益于光纤通信具有损耗较低、传输容量大以及抗电磁干扰能力强的优点，然而，光纤通信在为人类提供高质量和高效益通信的同时，也暴露出潜在的安全问题，如何在保证安全性的前提下提供大容量，高速的光通信成为许多研究者关注的焦点。
[0003]目前，研究者提出各种不同的光网络加密技术，大致上分为基于软件的加密系统、基于硬件的加密系统以及基于软硬结合的加密系统。其中基于硬件的加密系统主要包括量子加密系统、混沌加密系统、以及光脉冲展宽加密系统等。通过这些技术，可以有效地提高数据的安全性和保密性，但仍存在一些不足。量子加密系统理论上可以提供无限的安全性，但存在成本较高和与传统光通信系统不能很好兼容等问题。混沌加密系统是目前基于硬件光网络加密的一种主流技术，使用宽带的混沌信号加密光调制信号，加密方式分为混沌调制和混沌隐藏两种，通过在接收端基于相同硬件结构和参数产生与发送端同步的混沌以解密，但由于混沌信号对噪声和光纤损伤敏感，长距离混沌同步仍是现阶段研究亟需攻克的难题。光脉冲展宽加密系统通过将光脉冲信号展宽以隐藏在系统噪声中的方式来实现加密，是一种宽带光接入网的解决方案，具有抗干扰能力强以及传输容量大等优势，但光脉冲光源与现代高速光通信系统不相兼容。因此，探索更高效可靠的硬件加密技术，使其不仅能够实现大容量，长距离传输，还能进一步保障可靠传输和与现有光网络体系兼容，具有重要的现实意义。
[0004]公开号：CN112600661A，公开日为2021
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02的一种基于双混沌调制的保密通信系统，该专利技术利用双混沌对数字信息进行扩频，同步产生完全相同的混沌序列，发送端收到信息调制后，接收端利用同步的本地信号进行信息解调，实现保密通信。然而，在长距离通信时难以实现混沌同步，并且由于驰豫振荡频率限制了混沌带宽，有限的混沌载波带宽限制了混沌光通信的传输速率，使其很难与现有的高速光纤通信系统兼容。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服上述技术问题，提供一种能够支持长距离数据传输，并且能与现有的商用光学组件和光纤传输系统高度兼容的基于色散
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双环自相位加密的硬件保密通信系统和方法。
[0006]本专利技术技术方案如下：
[0007]所述系统包括：信号发生模块、信号加密模块、光纤传输模块、信号解密模块、光解调器；
[0008]所述信号加密模块包括第一色散部件；所述信号解密模块包括第二色散部件；
[0009]信号发生模块生成待加密的光信号并将光信号发送给信号加密模块，信号加密模块中的第一色散部件对光信号的光强度进行扰乱，然后信号加密模块通过双环自相位结构对光强度扰乱后的光信号进行相位加密，得到加密后的光信号，光信号经过光纤传输模块发送到信号解密模块；
[0010]信号解密模块通过双环自相位结构对光信号进行相位解密，然后信号解密模块中的第二色散部件对相位解密后的光信号的光强度进行恢复，得到解密后的光信号；
[0011]信号解密模块将光强恢复后的光信号传输给光解调器，所述光解调器将接收到的光信号转换为电信号。
[0012]本技术方案提出了一种基于色散
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双环自相位加密的硬件保密通信系统，通过色散部件对光信号进行光脉冲展宽使光信号的强度失真，然后双环自相位结构对光信号进行相位加密，两个加密支路构成双环自相位结构可以获得高安全性的加密密钥，从而保证系统保密性，并且可以使用现有商用器件和光纤信道与现有的光纤网络体系兼容，在保证数据安全的前提下实现高速数据传输。
[0013]进一步地，所述信号发生模块包括：外腔半导体激光器、马赫
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曾德尔调制器、数据生成模块；外腔半导体激光器的输出端与马赫
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曾德尔调制器的第一输入端连接，数据生成模块的输出端与马赫
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曾德尔调制器的第二输入端连接，所述数据生成模块生成驱动信号，所述外腔半导体激光器发出用于搭载驱动信号的光载波，马赫
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曾德尔调制器将驱动信号调制到光载波从而产生高阶调制信号，马赫
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曾德尔调制器的输出端为信号发生模块的输出端，信号发生模块的输出端输出待加密的光信号并将光信号发送给信号加密模块。
[0014]进一步地，所述信号加密模块中的双环自相位结构包括：第一相位调制器、第一光耦合器、第二光耦合器、第一加密支路、第二加密支路、第一运算器；
[0015]所述信号解密模块中的双环自相位结构包括：第三光耦合器、第四光耦合器、第一解密支路、第二解密支路、第二运算器、第二相位调制器；
[0016]所述第一色散部件将光强度扰乱后的光信号传输给第一相位调制器，第一相位调制器根据驱动端的加密密钥对输入的光信号进行相位加密，然后输出相位加密后的光信号，相位加密后的光信号传输到第一光耦合器；
[0017]第一光耦合器将一部分光信号通过第一光耦合器的第一输出端发出，第一光耦合器的第一输出端输出的光信号经过第一加密支路到达第一运算器的第二输入端，第一光耦合器将余下的光信号通过第一光耦合器的第二输出端发送到第二光耦合器；
[0018]第二光耦合器将一部分光信号通过第二光耦合器的第一输出端发出，第二光耦合器的第一输出端输出的光信号经过第二加密支路到达第一运算器的第一输入端，第一运算器对两路输入信号进行叠加得到加密密钥，将加密密钥输出到第一相位调制器的驱动端；第二光耦合器的第二输出端输出余下的光信号，光信号经过光纤传输模块发送到信号解密模块中的第三光耦合器；
[0019]第三光耦合器将一部分光信号通过第三光耦合器的第一输出端发出，第三光耦合器的第一输出端输出的光信号经过第一解密支路到达第二运算器的第一输入端，第三光耦合器将余下的光信号通过第三光耦合器的第二输出端发送到第四光耦合器；
[0020]第四光耦合器将一部分光信号通过第四光耦合器的第一输出端发出，第四光耦合
器的第一输出端输出的光信号经过第二解密支路到达第二运算器的第二输入端，第二运算器对两路输入信号进行叠加得到解密密钥，将解密密钥输出到第二相位调制器的驱动端；第四光耦合器的第二输出端将余下的光信号输入到第二相位调制器，第二相位调制器按照驱动端的解密密钥对光信号进行解密，将解密后的光信号输入到第二色散部件，第二色散部件恢复光信号的强度。
[0021]进一步地，所述光纤传输模块包括：单模光纤、色散补偿光纤、光放大器；
[0022]经过加密后的光信号进入由单模光纤和与单模光纤色散值匹配的色散补偿光纤组成的传输链路进行传输，然后使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于色散
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双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，所述系统包括：信号发生模块(1)、信号加密模块(2)、光纤传输模块(3)、信号解密模块(4)、光解调器(5)；所述信号加密模块(2)包括第一色散部件(201)；所述信号解密模块(4)包括第二色散部件(412)；信号发生模块(1)生成待加密的光信号并将光信号发送给信号加密模块(2)，信号加密模块(2)中的第一色散部件(201)对光信号的光强度进行扰乱，然后信号加密模块(2)通过双环自相位结构对光强度扰乱后的光信号进行相位加密，得到加密后的光信号，光信号经过光纤传输模块(3)发送到信号解密模块(4)；信号解密模块(4)通过双环自相位结构对光信号进行相位解密，然后信号解密模块(4)中的第二色散部件(412)对相位解密后的光信号的光强度进行恢复，得到解密后的光信号；信号解密模块(4)将光强恢复后的光信号传输给光解调器(5)，所述光解调器(5)将接收到的光信号转换为电信号。2.根据权利要求1所述的一种基于色散
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双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，所述信号发生模块(1)包括：外腔半导体激光器(101)、马赫
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曾德尔调制器(102)、数据生成模块(103)；外腔半导体激光器(101)的输出端与马赫
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曾德尔调制器(102)的第一输入端连接，数据生成模块(103)的输出端与马赫
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曾德尔调制器(102)的第二输入端连接，所述数据生成模块(103)生成驱动信号，所述外腔半导体激光器(101)发出用于搭载驱动信号的光载波，马赫
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曾德尔调制器(102)将驱动信号调制到光载波从而产生高阶调制信号，马赫
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曾德尔调制器(102)的输出端为信号发生模块(1)的输出端，信号发生模块(1)的输出端输出待加密的光信号并将光信号发送给信号加密模块(2)。3.根据权利要求1所述的一种基于色散
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双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，所述信号加密模块(2)中的双环自相位结构包括：第一相位调制器(202)、第一光耦合器(203)、第二光耦合器(206)、第一加密支路(21)、第二加密支路(22)、第一运算器(211)；所述信号解密模块(4)中的双环自相位结构包括：第三光耦合器(401)、第四光耦合器(404)、第一解密支路(41)、第二解密支路(42)、第二运算器(409)、第二相位调制器(411)；所述第一色散部件(201)将光强度扰乱后的光信号传输给第一相位调制器(202)，第一相位调制器(202)根据驱动端的加密密钥对输入的光信号进行相位加密，然后输出相位加密后的光信号，相位加密后的光信号传输到第一光耦合器(203)；第一光耦合器(203)将一部分光信号通过第一光耦合器(203)的第一输出端发出，第一光耦合器(203)的第一输出端输出的光信号经过第一加密支路(21)到达第一运算器(211)的第二输入端，第一光耦合器(203)将余下的光信号通过第一光耦合器(203)的第二输出端发送到第二光耦合器(206)；第二光耦合器(206)将一部分光信号通过第二光耦合器(206)的第一输出端发出，第二光耦合器(206)的第一输出端输出的光信号经过第二加密支路(22)到达第一运算器(211)的第一输入端，第一运算器(211)对两路输入信号进行叠加得到加密密钥，将加密密钥输出到第一相位调制器(202)的驱动端；第二光耦合器(206)的第二输出端输出余下的光信号，光信号经过光纤传输模块(3)发送到信号解密模块(4)中的第三光耦合器(401)；第三光耦合器(401)将一部分光信号通过第三光耦合器(401)的第一输出端发出，第三光耦合器(401)的第一输出端输出的光信号经过第一解密支路(41)到达第二运算器(409)
的第一输入端，第三光耦合器(401)将余下的光信号通过第三光耦合器(401)的第二输出端发送到第四光耦合器(404)；第四光耦合器(404)将一部分光信号通过第四光耦合器(404)的第一输出端发出，第四光耦合器(404)的第一输出端输出的光信号经过第二解密支路(42)到达第二运算器(409)的第二输入端，第二运算器(409)对两路输入信号进行叠加得到解密密钥，将解密密钥输出到第二相位调制器(411)的驱动端；第四光耦合器(404)的第二输出端将余下的光信号输入到第二相位调制器(411)，第二相位调制器(411)按照驱动端的解密密钥对光信号进行解密，将解密后的光信号输入到第二色散部件(412)，第二色散部件(412)恢复光信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：高震森，张丽红，唐斌，罗颖，付松年，王云才，秦玉文，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：