一種保密通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種保密通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端。發(fā)射端包括主激光器、主激光器外腔和信息加密模塊，所述主激光器外腔具有反饋腔，主激光器發(fā)出的激光經(jīng)過反饋腔后形成反饋回路，使主激光器工作在混沌狀態(tài)。激光器反饋回路中設(shè)置有相位調(diào)制器，相位調(diào)制器根據(jù)相位密鑰對(duì)反饋回路中的光進(jìn)行相位調(diào)制，相位密鑰為偽隨機(jī)序列。工作在混沌狀態(tài)的主激光器發(fā)出的混沌激光信號(hào)經(jīng)過信息加密模塊發(fā)射出去。接收端的激光器只有具有和主激光器相同的反饋結(jié)構(gòu)和相位調(diào)制時(shí)，才能正確的解調(diào)出信息。同時(shí)，高速相位調(diào)制的多反饋外腔也能夠隱藏混沌激光的延時(shí)標(biāo)簽，提高通信系統(tǒng)的安全性。
【專利說明】
-種保密通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及保密通信領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種保密通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的高速發(fā)展，W及互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)的開放性、互 連性、共享性迅速擴(kuò)大，人類對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來越大，隨之而來的信息安全隱患也越來越 多，信息安全已經(jīng)成為全世界關(guān)屯、的重要問題之一，我國(guó)十八屆五中全會(huì)明確將"網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó) 戰(zhàn)略"納入"十=五"規(guī)劃的戰(zhàn)略體系?；鞚岜Ｃ芡ㄐ偶夹g(shù)由于可W提供高效的物理層安全 而受到廣泛關(guān)注，然而在目前的基于混濁通信系統(tǒng)的應(yīng)用和研究中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的基于激光混 濁的保密通信系統(tǒng)存在延時(shí)標(biāo)簽泄露混濁半導(dǎo)體激光器的外腔結(jié)構(gòu)等安全隱患，嚴(yán)重影響 了基于混濁激光信號(hào)的保密通信系統(tǒng)的安全性能，因此研究安全性增強(qiáng)的混濁保密通信系 統(tǒng)對(duì)于信息安全具有重要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種安全性增強(qiáng)的混濁保密通信系統(tǒng)，既能實(shí)現(xiàn)延時(shí)標(biāo)簽的 隱藏，又能提高混濁通信系統(tǒng)的安全等級(jí)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：
[0005] -種保密通信系統(tǒng)的發(fā)射端，所述發(fā)射端包括主激光器、主激光器外腔和信息加 密模塊，所述主激光器外腔具有反饋腔，所述主激光器發(fā)出的激光經(jīng)過所述反饋腔后形成 反饋回路，使所述主激光器工作在混濁狀態(tài)，所述反饋回路中設(shè)置有高速相位調(diào)制器，所述 相位調(diào)制器根據(jù)相位密鑰對(duì)反饋回路中的光進(jìn)行相位調(diào)制，所述相位密鑰為偽隨機(jī)序列， 所述工作在混濁狀態(tài)的主激光器發(fā)出的混濁激光信號(hào)經(jīng)過所述信息加密模塊發(fā)射出去。
[0006] 可選的，所述反饋腔的數(shù)量為多個(gè)，所述主激光器發(fā)出的光被光禪合器分為相同 的多路光線，所述光線的路數(shù)與所述反饋腔的個(gè)數(shù)相同。
[0007] 可選的，各反饋回路中的相位密鑰相互獨(dú)立。
[000引可選的，所述信息加密模塊包括調(diào)制器，所述調(diào)制器用于將保密信號(hào)調(diào)制到所述 混濁激光信號(hào)上。
[0009]可選的，所述主激光器外腔中還包括第一光環(huán)形器、第一光禪合器、第二光禪合器 和第=光禪合器，所述激光器發(fā)出的激光通過所述第一光環(huán)形器導(dǎo)出，所述第一光環(huán)形器 的輸出端與所述第一光禪合器的輸入端光連接，所述第一光禪合器的輸出端分別與所述第 二光禪合器的輸入端、所述信息加密模塊的輸入端光連接，所述信息加密模塊將加密后的 混濁載波信號(hào)發(fā)射出去，所述第二光禪合器的輸出端輸出兩路相同的激光，所述兩路相同 的激光為第一路激光和第二路激光，所述第一路激光在經(jīng)過第一反饋腔后進(jìn)入第一相位調(diào) 制器，所述第二路激光經(jīng)過第二反饋腔后進(jìn)入第二相位調(diào)制器，所述第一相位調(diào)制器的輸 出端、所述第二相位調(diào)制器的輸出端均與所述第=光禪合器的輸入端光連接，所述第=光 禪合器的輸出端與所述第一光環(huán)形器的輸入端光連接，所述第一光環(huán)形器將輸入所述第一 光環(huán)形器的光導(dǎo)入主激光器內(nèi)部。
[0010] -種保密通信系統(tǒng)的接收端，所述接收端包括從激光器、從激光器外腔、光禪合器 和信息解密模塊，所述從激光器外腔具有反饋腔，所述光禪合器將接收到的混濁載波信號(hào) 分為第一路光信號(hào)和第二路光信號(hào)，所述從激光器具有與發(fā)射端相同的反饋腔和相位調(diào)制 器，所述從激光器發(fā)出的激光經(jīng)過所述反饋腔后形成反饋回路，所述反饋回路中設(shè)置有所 述相位調(diào)制器，所述激光經(jīng)過所述相位調(diào)制器后，與所述第一路光信號(hào)一起進(jìn)入到所述從 激光器中，使從激光器工作在混濁狀態(tài)，產(chǎn)生與所述混濁載波信號(hào)同步的混濁信號(hào)，所述混 濁信號(hào)與所述第二路光信號(hào)均注入所述信息解密模塊的輸入端，經(jīng)過所述信息解密模塊的 解密后輸出保密信號(hào)，所述反饋回路中的相位調(diào)制器采用相位密鑰對(duì)激光進(jìn)行相位擾動(dòng)， 所述相位密鑰為偽隨機(jī)序列，所述反饋回路中的所述相位密鑰與所述發(fā)射端中對(duì)應(yīng)的反饋 回路中的相位密鑰相同。
[0011] 可選的，所述反饋腔的數(shù)量為多個(gè)，所述從激光器發(fā)出的光被光禪合器分為相同 的多路光線，所述光線的路數(shù)與所述反饋腔的個(gè)數(shù)相同。
[0012] 可選的，各反饋回路中的相位密鑰相互獨(dú)立。
[0013] 可選的，所述信息解密模塊包括解調(diào)器，所述解調(diào)器用于將保密信號(hào)從所述混濁 激光信號(hào)上分離出來。
[0014] 可選的，所述從激光器外腔中還包括第二光環(huán)形器、第四光禪合器、第五光禪合 器、第六光禪合器，所述第一路光信號(hào)注入所述第六光禪合器的輸入端，所述第六光禪合器 的輸入端還與所述第=相位調(diào)制器的輸出端、所述第四相位調(diào)制器的輸出端光連接，所述 第六光禪合器的輸出端與所述第二光環(huán)形器的輸入端光連接，所述第二光環(huán)形器將輸入的 激光導(dǎo)入所述從激光器內(nèi)部，所述第=相位調(diào)制器的輸入端、所述第四相位調(diào)制器的輸入 端均與所述第五光禪合器的輸出端光連接，所述從激光器發(fā)出的激光通過所述第二光環(huán)形 器導(dǎo)出，注入到所述第四光禪合器的輸入端，所述第四光禪合器的輸出端分別與所述第五 光禪合器的輸入端、信息解密模塊的輸入端光連接，所述第五光禪合器的輸出端輸出兩路 相同的激光，所述兩路相同的激光為第=路激光和第四路激光，所述第=路激光在經(jīng)過第 =反饋腔后進(jìn)入第=相位調(diào)制器的輸入端，所述第四路激光經(jīng)過第四反饋腔后進(jìn)入第四相 位調(diào)制器的輸入端。根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了 W下技術(shù)效果:本發(fā)明提 出一種安全性增強(qiáng)的混濁保密通信系統(tǒng)，既能實(shí)現(xiàn)延時(shí)標(biāo)簽隱藏，又能提高混濁通信系統(tǒng) 的安全等級(jí)。在本發(fā)明中采用帶有高速相位調(diào)制和雙反饋外腔的半導(dǎo)體激光器作為混濁光 源，實(shí)現(xiàn)了一種可靠的安全性增強(qiáng)的混濁保密通信系統(tǒng)。高速相位調(diào)制和雙反饋外腔，可W 提高混濁載波的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)延時(shí)標(biāo)簽的隱藏，切斷了延時(shí)標(biāo)簽對(duì)激光器外腔結(jié)構(gòu)的泄密； 同時(shí)相位信息還可W作為系統(tǒng)的密鑰，對(duì)閉環(huán)混濁保密通信系統(tǒng)的對(duì)稱操作條件進(jìn)行加 密。
【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所 需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施 例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖 獲得其他的附圖。
[0016] 圖I為本發(fā)明實(shí)施例保密通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為傳統(tǒng)單反饋外腔半導(dǎo)體激光器輸出的混濁信號(hào)的ACF和DMI曲線；
[0018] 圖3為合法接收端解密出的傳輸信息示意圖；
[0019] 圖4為竊密者采用直接濾波法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行攻擊所得到的破譯信息示意圖；
[0020] 圖5為采用開環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行注入-鎖定同步攻擊法所破譯的信息示意圖；
[0021] 圖6為反饋延時(shí)不匹配條件下竊密者進(jìn)行注入-鎖定同步攻擊所破譯的信息示意 圖；
[0022] 圖7為完全不知曉相位密鑰條件下竊密者進(jìn)行注入-鎖定同步攻擊所破譯的信息 示意圖；
[0023] 圖8為不知曉第一相位密鑰條件下竊密者進(jìn)行注入-鎖定同步攻擊所破譯的信息 示意圖；
[0024] 圖9為不知曉第二相位密鑰條件下竊密者進(jìn)行注入-鎖定同步攻擊所破譯的信息 示意圖。
[0025] 1、主激光器，2、主激光器外腔，3、信息加密模塊，4、光纖，5、滲巧光纖放大器，6、光 禪合器，7、從激光器，8、信息解密模塊，9、從激光器外腔，201、第一光環(huán)形器，202、第一光禪 合器，203、第二光禪合器，204、第二相位調(diào)制器，205第二相位密鑰，206、第一相位密鑰， 207、第一相位調(diào)制器，208、第=光禪合器，209、第一路激光，210、第二路激光，301、調(diào)制器， 302、保密信號(hào)，801、解調(diào)器，901、第二光環(huán)形器，902、第四光禪合器，903、第五光禪合器， 904、第四相位調(diào)制器，905、第四相位密鑰，906、第=相位密鑰，907、第=相位調(diào)制器，908、 第六光禪合器。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027] 本發(fā)明的目的是提供一種安全性增強(qiáng)的混濁保密通信系統(tǒng)，既能實(shí)現(xiàn)延時(shí)標(biāo)簽的 隱藏，又能提高混濁通信系統(tǒng)的安全等級(jí)。
[0028] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0029] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例保密通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示， 一種保密通信系統(tǒng)的發(fā)射端，發(fā)射端包括主激光器1、信息加密模塊3,所述主激光器的外腔 2具有兩個(gè)反饋腔，所述主激光器1發(fā)出的激光經(jīng)過所述反饋腔后形成反饋回路，所述反饋 回路中設(shè)置有相位調(diào)制器，所述激光經(jīng)過所述相位調(diào)制器的相位調(diào)制后返回到所述主激光 器1內(nèi)，使所述主激光器1進(jìn)入混濁工作狀態(tài)，所述工作在混濁狀態(tài)的主激光器1發(fā)出的混濁 激光信號(hào)經(jīng)過所述信息加密模塊3發(fā)射出去，所述相位調(diào)制器采用相位密鑰對(duì)反饋回路中 的光進(jìn)行高速相位調(diào)制，所述相位密鑰為在所述反饋回路中施加的相移序列，所述相位密 鑰為偽隨機(jī)序列。
[0030] 反饋腔的數(shù)量可W為多個(gè)，所述主激光器發(fā)出的光被光禪合器分為相同的多路光 線，光線的路數(shù)與所述反饋腔的數(shù)量相同，每個(gè)反饋回路中都設(shè)置有相位調(diào)制器，各相位調(diào) 制器具有自己的相位密鑰，且每個(gè)相位調(diào)制器的相位密鑰相互獨(dú)立。
[0031] 信息加密模塊3包括調(diào)制器301，用于將保密信號(hào)302調(diào)制到所述混濁激光信號(hào)上。
[0032] 主激光器外腔2中還包括第一光環(huán)形器201、第一光禪合器202、第二光禪合器203 和第=光禪合器204,所述主激光器1發(fā)出的激光通過第一光環(huán)形器201導(dǎo)出，第一光環(huán)形器 201的輸出端與第一光禪合器202的輸入端光連接，第一光禪合器202的輸出端分別與第二 光禪合器203的輸入端、信息加密模塊3的輸入端光連接，信息加密模塊3將加密后的混濁載 波信號(hào)發(fā)射出去，第二光禪合器203的輸出端輸出兩路相同的激光，所述兩路相同的激光為 第一路激光209和第二路激光210,第一路激光209在經(jīng)過第一反饋腔后進(jìn)入第一相位調(diào)制 器207,所述第二路激光210經(jīng)過第二反饋腔后進(jìn)入第二相位調(diào)制器204,第一相位調(diào)制器 207的輸出端、第二相位調(diào)制器204的輸出端均與第=光禪合器208的輸入端光連接，第=光 禪合器208的輸出端與第一光環(huán)形器201的輸入端光連接，所述第一光環(huán)形器201將輸入所 述第一光環(huán)形器的光導(dǎo)入主激光器1內(nèi)。
[0033] 從信息加密模塊輸出的混濁載波信號(hào)經(jīng)過光纖4、滲巧光纖放大器5后，進(jìn)入接收 端，本發(fā)明提供的保密通信系統(tǒng)的接收端包括從激光器7、光禪合器6和信息解密模塊8,所 述從激光器的外腔9具有反饋腔，光禪合器6將接收到的混濁載波信號(hào)分為第一路光信號(hào)和 第二路光信號(hào)，從激光器的外腔9具有與發(fā)射端相同的反饋腔、相位調(diào)制器等，所述從激光 器發(fā)出的激光經(jīng)過所述反饋腔后形成反饋回路，所述反饋回路中設(shè)置有所述相位調(diào)制器， 所述激光經(jīng)過所述相位調(diào)制器后，與所述第一路光信號(hào)一起返回到所述從激光器中，使從 激光器處于混濁工作狀態(tài)，產(chǎn)生與所述混濁載波信號(hào)同步的混濁信號(hào)，此混濁信號(hào)與第二 路光信號(hào)均注入信息解密模塊8的輸入端，經(jīng)過信息解密模塊8的解密后輸出保密信號(hào)，反 饋回路中的相位調(diào)制器采用相位密鑰對(duì)所述第一路光信號(hào)進(jìn)行相位擾動(dòng)，所述相位密鑰為 偽隨機(jī)序列，所述反饋回路中的所述相位密鑰與所述發(fā)射端中對(duì)應(yīng)的反饋回路中的相位密 鑰相同。
[0034] 從激光器的外腔具有多個(gè)反饋腔，從激光器發(fā)出的光被光禪合器分為相多路同的 光線，光線的路數(shù)與從激光器外腔的反饋腔的個(gè)數(shù)相同。各反饋回路中的相位密鑰相互獨(dú) 立。信息解密模塊8包括解調(diào)器801，用于將保密信號(hào)從所述混濁激光信號(hào)上分離出來。
[0035] 從激光器外腔中還包括第二光環(huán)形器901、第四光禪合器902、第五光禪合器903、 第六光禪合器908，第一路光信號(hào)注入第六光禪合器908的輸入端，第六光禪合器908的輸入 端還與第=相位調(diào)制器907的輸出端、第四相位調(diào)制器904的輸出端光連接，第六光禪合器 908的輸出端與第二光環(huán)形器901的輸入端光連接，第二光環(huán)形器901將輸入的激光導(dǎo)入從 激光器7內(nèi)，第=相位調(diào)制器907的輸入端、第四相位調(diào)制器904的輸入端均與第五光禪合器 903的輸出端光連接，從激光器7發(fā)出的激光通過第二光環(huán)形器901導(dǎo)出，注入到第四光禪合 器902的輸入端，第四光禪合器902的輸出端分別與第五光禪合器903的輸入端、信息解密模 塊8的輸入端光連接，第五光禪合器903的輸出端輸出兩路相同的激光，兩路相同的激光為 第=路激光和第四路激光，所述第=路激光在經(jīng)過第=反饋腔后進(jìn)入第=相位調(diào)制器901 的輸入端，所述第四路激光經(jīng)過第四反饋腔后進(jìn)入第四相位調(diào)制器904的輸入端。
[0036] 發(fā)射端通過適當(dāng)調(diào)節(jié)激光器的反饋強(qiáng)度和調(diào)制速率，在雙反饋和高速相位調(diào)制 (相位加密:一路反饋光路中，根據(jù)第一相位密鑰Keyl添加相移擾動(dòng)，另外一路反饋光路根 據(jù)第二相位密鑰Key2添加相移擾動(dòng))條件下主激光器產(chǎn)生延時(shí)標(biāo)簽被抑制的混濁信號(hào)。
[0037] 混濁信號(hào)的延時(shí)標(biāo)簽可W通過自相關(guān)函數(shù)(auto-correlation function,ACFWr 互信息量(delayed mutual information,DMI)來觀測(cè)。（我們定義延時(shí)標(biāo)簽為自相關(guān)函數(shù) 和延遲互信息量在非零滯后時(shí)間的最大峰值）：
[00；3 引
[0039]
[0040] 其中S(t)為系統(tǒng)的強(qiáng)度序列或者相位序列，At為滯后時(shí)間，p[S(t)]為S(t)的概 率密度，P[ S(t)，S(t+ A t)]為S(t)和S(t+ A t)的聯(lián)合概率密度。因?yàn)榛鞚嵯到y(tǒng)中延時(shí)標(biāo)簽 是由反饋光路中固定的反饋延時(shí)所引起的，并且位于反饋延時(shí)附近，因而半導(dǎo)體激光器的 外腔尺寸可W通過檢測(cè)延時(shí)標(biāo)簽破譯，進(jìn)而為攻擊混濁保密通信系統(tǒng)提供方便。
[0041] 另一方面，在本發(fā)明中信息加密采用混濁調(diào)制的方式，其數(shù)學(xué)描述為：
[0042]
( 3 )
[0043] 其中Sm為主激光器輸出的混濁光信號(hào)強(qiáng)度，m(t)為源信息，A為調(diào)制指數(shù)，為保證 信息在混濁信號(hào)中被有效隱藏，A的取值通常要小于10%。
[0044] 接收端通過光禪合器OC將接到的混濁光信號(hào)（混濁載波+信息）分為兩部分，一部 分注入從激光器中（從激光器具有和主激光器相同的雙外腔結(jié)構(gòu)和相位調(diào)制器）。在對(duì)稱操 作(與發(fā)送端相同的反饋條件和相位調(diào)制條件)和注入鎖定效應(yīng)的作用下，從激光器產(chǎn)生與 主激光器載波信號(hào)同步的混濁光信號(hào)，并通過環(huán)形器CIR導(dǎo)出用于混濁解密?；鞚峤饷艿臄?shù) 學(xué)描述為：
[0045] m'(t)=LPF{|Sh|2-|Ss|2} (4)
[0046] Str為接收端接收到的已調(diào)混濁光載波信號(hào)強(qiáng)度；Ss為S化產(chǎn)生的同步混濁信號(hào)強(qiáng) 度;LPF為低通濾波，用于濾去噪聲和高頻部分對(duì)解密性能的影響。
[0047] 下面給出一具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予W進(jìn)一步說明。系統(tǒng)中，主激光器與從激光器 的工作波長(zhǎng)為1550nm，第一相位密鑰Keyl和第二相位密鑰Key2為兩個(gè)獨(dú)立的128-bit偽隨 機(jī)序列，反饋回路1的調(diào)制速率為20Gps，回路2的調(diào)制速率為21化PS。其它系統(tǒng)參數(shù)為:主激 光器與從激光器的工作電流為22.05mA;主激光器的反饋環(huán)路1的反饋強(qiáng)度和延遲時(shí)間分別 為6ns-l和化S，反饋環(huán)路2的反饋強(qiáng)度和延遲時(shí)間分別為6ns-l和化S，從激光器的反饋強(qiáng)度 和延遲時(shí)間與主激光器相同；主激光器注入到從激光器的強(qiáng)度為IOOns-I，光纖鏈路長(zhǎng)度為 60km，信息的調(diào)制深度為A = 0.05。仿真中采用的對(duì)稱相位密鑰隨機(jī)序列由MatIab隨機(jī)產(chǎn) 生。在上述工作條件下，主激光器與從激光器輸出的混濁信號(hào)高度同步。為了驗(yàn)證本發(fā)明對(duì) 信息傳輸保密性的增強(qiáng)能力，我們采用兩種攻擊方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬攻擊，一種為線性濾 波法，一種為注入-鎖定同步法。線性濾波法的具體操作采用截止頻率等于信息速率的低通 濾波器直接過濾截獲的混濁光信號(hào)，主要是檢驗(yàn)混濁載波對(duì)信息的隱藏性能。注入-鎖定同 步攻擊法是指，竊密者將截獲到的鏈路混濁信號(hào)通過放大后注入到與主激光器和從激光器 相似的激光器SSLE中，通過實(shí)現(xiàn)SSLE與截獲混濁載波的同步，再進(jìn)行如公式(4)所述的信息 解密。
[0048] 圖2為傳統(tǒng)單反饋外腔半導(dǎo)體激光器輸出的混濁信號(hào)的ACF和DMI曲線。如圖2所 示，圖（al)和(bl)分別表示反饋延時(shí)為化S，反饋強(qiáng)度為12ns^i的單反饋外腔半導(dǎo)體激光器 輸出混濁信號(hào)的ACF和DMA曲線；圖（曰2)和化2)分別表示反饋延時(shí)為化S，反饋強(qiáng)度為12ns-i 的單反饋外腔半導(dǎo)體激光器輸出混濁信號(hào)的ACF和DMA曲線；圖(a3)和(b3)表示帶高速相位 調(diào)制雙反饋主激光器輸出混濁信號(hào)的ACF和DMA曲線;可W看出，與傳統(tǒng)單反饋外腔混濁半 導(dǎo)體激光器相比，帶高速相位調(diào)制雙反饋的半導(dǎo)體激光器主激光器產(chǎn)生的混濁信號(hào)的延時(shí) 標(biāo)簽被消除了。運(yùn)一特點(diǎn)避免了竊密者從截獲的混濁信號(hào)偵測(cè)出延時(shí)標(biāo)簽，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)學(xué) 建?；蛘邩?gòu)建同樣的外腔混濁半導(dǎo)體激光器的可能性。從本質(zhì)上降低了混濁激光器結(jié)構(gòu)泄 露的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的安全性。
[0049] 圖3為合法接收端解密出的傳輸信息示意圖，如圖3所示，第一相位密鑰Keyl(調(diào)制 速率20化PS)和第二相位密鑰Key2(調(diào)制速率21化PS)為反饋回路中所施加的相移序列，是 系統(tǒng)的相位密鑰，其中用碼元1對(duì)應(yīng)相移n，碼元0對(duì)應(yīng)相移0(相反，也可W用碼元1對(duì)應(yīng)相移 0,碼元0對(duì)應(yīng)相移31)。系統(tǒng)的信息傳輸速率為4Gbps，可W看出隱藏在混濁信號(hào)中的傳輸信 息被成功的解調(diào)出來了。
[0050] 圖4為竊密者采用直接濾波法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行攻擊所得到的破譯信息示意圖，與合法 通信相比，竊密者不能得到正確信息，說明本發(fā)明中信息能夠很好的隱藏在混濁信號(hào)中。
[0051] 圖5為采用開環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行注入-鎖定同步攻擊法所破譯的信息示意圖。竊密者未知 延時(shí)標(biāo)簽的情況下，采用開環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行注入-鎖定同步攻擊法所破譯的信息，結(jié)果表明，即 使采用和從激光器(S化)一樣的半導(dǎo)體激光器，竊密者不能成功的解密出傳輸信息。
[0052] 圖6為反饋延時(shí)不匹配條件下竊密者進(jìn)行注入-鎖定同步攻擊法所破譯的信息示 意圖，如圖6所示，竊密者獲知相位密鑰(第一相位密鑰keyl和第二相位密鑰key2)，但是構(gòu) 建的外腔半導(dǎo)體激光器的與合法接收端的具有不同的反饋延時(shí)(沒有獲準(zhǔn)確的延時(shí)），進(jìn)行 注入-鎖定同步攻擊法所破譯的信息。結(jié)果表明，即使采用和S化一樣的半導(dǎo)體激光器(外腔 不同），并且獲知了相位密鑰，激光器外腔結(jié)構(gòu)的不同也會(huì)使得竊密者也不能成功的解密出 傳輸信息。
[0053] 圖7為完全不知曉相位密鑰條件下竊密者進(jìn)行注入-鎖定同步攻擊所破譯的信示 意圖。竊密者在知道延時(shí)標(biāo)簽，并構(gòu)建了與合法接收端相同的雙反饋外腔半導(dǎo)體激光器但 是不知道相位密鑰的情況下（即竊密者的密鑰A與本發(fā)明的第一相位密鑰不同，竊密者的密 鑰B與本發(fā)明的第二相位密鑰也不同），進(jìn)行注入-鎖定同步攻擊所破譯的信。結(jié)果表明，如 果沒有正確的相位密鑰，即便是竊密者竊取了系統(tǒng)的延時(shí)標(biāo)簽仍然不能解密出正確的信 息。
[0054] 圖8為不知曉第一相位密鑰條件下竊密者進(jìn)行同步攻擊所破譯的信息示意圖。竊 密者知道延時(shí)標(biāo)簽和反饋光路1中相位密鑰，即竊密者的密鑰A與本發(fā)明的第一相位密鑰相 同，但竊密者的密鑰B與本發(fā)明的第二相位密鑰不同，并構(gòu)建與合法接收端相同的雙反饋外 腔半導(dǎo)體激光器進(jìn)行同步攻擊所破譯的信息。結(jié)果表明，與圖7相似，竊密者也不能恢復(fù)出 正確信息。
[0055] 圖9為不知曉第二相位密鑰條件下竊密者進(jìn)行同步攻擊所破譯的信息示意圖。竊 密者知道延時(shí)標(biāo)簽和反饋光路2中相位密鑰，即竊密者的密鑰A與本發(fā)明的第一相位密鑰不 同，竊密者的密鑰B與本發(fā)明的第二相位密鑰相同，并構(gòu)建與合法接收端相同的雙反饋外腔 半導(dǎo)體激光器進(jìn)行同步攻擊所破譯的信息。結(jié)果表明，與圖7-樣，竊密者不能恢復(fù)出正確 的信息。
[0056] 圖5-圖9的結(jié)果表明，竊密者在不完全掌握準(zhǔn)確的延時(shí)標(biāo)簽和隨機(jī)相位密鑰的前 提下，不能解密出正確信息，說明本發(fā)明的信息安全性得到增強(qiáng)。
[0057] 本發(fā)明提供的系統(tǒng)采用雙反饋(多反饋)可W提高混濁載波的復(fù)雜度和不可預(yù)測(cè) 特性，提高了信息在混濁載波中的隱秘性;該系統(tǒng)可W有效抑制混濁載波信號(hào)的時(shí)延標(biāo)簽， 提高了混濁載波源的安全性;將傳統(tǒng)的對(duì)稱加密技術(shù)應(yīng)用于混濁保密通信系統(tǒng)提高了系統(tǒng) 的抗截獲性能。
[0058] 本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他 實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的系統(tǒng) 而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所W描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說 明即可。
[0059] 本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，W上實(shí)施例的說 明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核屯、思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù) 本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不 應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種保密通信系統(tǒng)的發(fā)射端，其特征在于，所述發(fā)射端包括主激光器、主激光器外腔 和信息加密模塊，所述主激光器外腔具有反饋腔，所述主激光器發(fā)出的激光經(jīng)過所述反饋 腔后形成反饋回路，使所述主激光器工作在混沌狀態(tài)，所述反饋回路中設(shè)置有高速相位調(diào) 制器，所述相位調(diào)制器根據(jù)相位密鑰對(duì)反饋回路中的光進(jìn)行相位調(diào)制，所述相位密鑰為偽 隨機(jī)序列，所述工作在混沌狀態(tài)的主激光器發(fā)出的混沌激光信號(hào)經(jīng)過所述信息加密模塊發(fā) 射出去。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射端，其特征在于，所述反饋腔的數(shù)量為多個(gè)，所述主激光 器發(fā)出的光被光耦合器分為相同的多路光線，所述光線的路數(shù)與所述反饋腔的個(gè)數(shù)相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)射端，其特征在于，各反饋回路中的相位密鑰相互獨(dú)立。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射端，其特征在于，所述信息加密模塊包括調(diào)制器，所述調(diào) 制器用于將保密信號(hào)調(diào)制到所述混沌激光信號(hào)上。5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的發(fā)射端，其特征在于，所述主激光器外腔中還包括第一光 環(huán)形器、第一光耦合器、第二光耦合器和第三光耦合器，所述激光器發(fā)出的激光通過所述第 一光環(huán)形器導(dǎo)出，所述第一光環(huán)形器的輸出端與所述第一光親合器的輸入端光連接，所述 第一光親合器的輸出端分別與所述第二光親合器的輸入端、所述信息加密模塊的輸入端光 連接，所述信息加密模塊將加密后的混沌載波信號(hào)發(fā)射出去，所述第二光耦合器的輸出端 輸出兩路相同的激光，所述兩路相同的激光為第一路激光和第二路激光，所述第一路激光 在經(jīng)過第一反饋腔后進(jìn)入第一相位調(diào)制器，所述第二路激光經(jīng)過第二反饋腔后進(jìn)入第二相 位調(diào)制器，所述第一相位調(diào)制器的輸出端、所述第二相位調(diào)制器的輸出端均與所述第三光 親合器的輸入端光連接，所述第三光親合器的輸出端與所述第一光環(huán)形器的輸入端光連 接，所述第一光環(huán)形器將輸入所述第一光環(huán)形器的光導(dǎo)入主激光器內(nèi)部。6. -種保密通信系統(tǒng)的接收端，其特征在于，所述接收端包括從激光器、從激光器外 腔、光耦合器和信息解密模塊，所述從激光器外腔具有反饋腔，所述光耦合器將接收到的混 沌載波信號(hào)分為第一路光信號(hào)和第二路光信號(hào)，所述從激光器具有與發(fā)射端相同的反饋腔 和相位調(diào)制器，所述從激光器發(fā)出的激光經(jīng)過所述反饋腔后形成反饋回路，所述反饋回路 中設(shè)置有所述相位調(diào)制器，所述激光經(jīng)過所述相位調(diào)制器后，與所述第一路光信號(hào)一起進(jìn) 入到所述從激光器中，使從激光器工作在混沌狀態(tài)，產(chǎn)生與所述混沌載波信號(hào)同步的混沌 信號(hào)，所述混沌信號(hào)與所述第二路光信號(hào)均注入所述信息解密模塊的輸入端，經(jīng)過所述信 息解密模塊的解密后輸出保密信號(hào)，所述反饋回路中的相位調(diào)制器采用相位密鑰對(duì)激光進(jìn) 行相位擾動(dòng)，所述相位密鑰為偽隨機(jī)序列，所述反饋回路中的所述相位密鑰與所述發(fā)射端 中對(duì)應(yīng)的反饋回路中的相位密鑰相同。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的接收端，其特征在于，所述反饋腔的數(shù)量為多個(gè)，所述從激光 器發(fā)出的光被光耦合器分為相同的多路光線，所述光線的路數(shù)與所述反饋腔的個(gè)數(shù)相同。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)射端，其特征在于，各反饋回路中的相位密鑰相互獨(dú)立。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射端，其特征在于，所述信息解密模塊包括解調(diào)器，所述解 調(diào)器用于將保密信號(hào)從所述混沌激光信號(hào)上分離出來。10. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的接收端，其特征在于，所述從激光器外腔中還包括第二光 環(huán)形器、第四光親合器、第五光親合器、第六光親合器，所述第一路光信號(hào)注入所述第六光 耦合器的輸入端，所述第六光耦合器的輸入端還與所述第三相位調(diào)制器的輸出端、所述第 四相位調(diào)制器的輸出端光連接，所述第六光耦合器的輸出端與所述第二光環(huán)形器的輸入端 光連接，所述第二光環(huán)形器將輸入的激光導(dǎo)入所述從激光器內(nèi)部，所述第三相位調(diào)制器的 輸入端、所述第四相位調(diào)制器的輸入端均與所述第五光耦合器的輸出端光連接，所述從激 光器發(fā)出的激光通過所述第二光環(huán)形器導(dǎo)出，注入到所述第四光耦合器的輸入端，所述第 四光親合器的輸出端分別與所述第五光親合器的輸入端、信息解密模塊的輸入端光連接， 所述第五光耦合器的輸出端輸出兩路相同的激光，所述兩路相同的激光為第三路激光和第 四路激光，所述第三路激光在經(jīng)過第三反饋腔后進(jìn)入第三相位調(diào)制器的輸入端，所述第四 路激光經(jīng)過第四反饋腔后進(jìn)入第四相位調(diào)制器的輸入端。
【文檔編號(hào)】H04L9/00GK105978679SQ201610573673
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月20日
【發(fā)明人】江寧, 薛琛鵬, 呂韻欣, 邱昆
【申請(qǐng)人】江寧, 電子科技大學(xué)