本發(fā)明涉及光纖通信及光電，更為具體的講，涉及一種基于電光相位混沌的信號加解密系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，光纖通信技術(shù)因其具有損耗較低、傳輸容量大以及抗電磁干擾能力強的優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著通信容量和通信速率的不斷提高，其中所包含的隱私機密信息也在逐步增加，光纖通信在為人類提供高質(zhì)量和高效益通信的同時，也暴露出了一些潛在的安全問題，如何提高光纖系統(tǒng)的信息安全性成為許多研究者關(guān)注的焦點。

2、目前，研究者提出各種不同的光網(wǎng)絡(luò)保密通信技術(shù)，主要可以分為兩個大類：分別是基于軟件和算法的保密技術(shù)和基于物理層硬件的保密技術(shù)。這些技術(shù)路線中有著不同的實施方式和方案，可以提高數(shù)據(jù)的安全性和保密性。但其中仍存在不足，如量子保密通信系統(tǒng)理論上可以提供高安全性，但存在成本較高和與傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)不能很好兼容等問題?；煦缧盘栍捎谄渥陨砹己玫碾S機性和復(fù)雜性以及其自身能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離同步的特性常被用于加密傳輸信號，混沌保密是目前基于硬件光網(wǎng)絡(luò)加密的一種主流技術(shù)，加密方式分為混沌調(diào)制和混沌隱藏兩種，通過在接收端基于相同硬件結(jié)構(gòu)和參數(shù)產(chǎn)生與發(fā)送端同步的混沌以解密。在基于激光器混沌的保密光通信系統(tǒng)中，由于引入了激光器使得系統(tǒng)的成本增加，穩(wěn)定性和集成實用性也具有一定的限制。而且為了使得異地的兩個激光器進入同步狀態(tài)需要使用共同驅(qū)動光信號，這也占用了通信中的信道資源。因此，研究更加高效、低成本且更具有實用可能的基于混沌保密技術(shù)的加解密系統(tǒng)和加解密機模塊具有十分重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對上述問題，提出了一種基于電光相位混沌的信號加解密系統(tǒng)和加解密機結(jié)構(gòu)，可以使用硬件模塊構(gòu)建產(chǎn)生出異地同步的混沌信號，模塊化的結(jié)構(gòu)能更為穩(wěn)定地對信號進行加密和解密。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于電光相位混沌的加解密系統(tǒng)，其特征在于包括以下部分：光電環(huán)加密機(1)、光電環(huán)解密機(2)。更為具體的，加解密機中包含以下器件：相位調(diào)制器，摻鉺光纖放大器，馬赫曾德爾干涉儀，光開關(guān)，啁啾光纖布拉格光柵，光電探測器，反向光電探測器以及光纖。

3、其中(1)光電環(huán)加密機的實現(xiàn)技術(shù)方案：

4、加密機結(jié)構(gòu)特征在于：包含相位調(diào)制器(1-1)、摻鉺光纖放大器(1-2)、馬赫曾德爾干涉儀(1-3)、光開關(guān)(1-4)、啁啾光纖布拉格光柵(1-5)、光電探測器(1-6)。

5、各模塊的連接關(guān)系如下：

6、原始信號光與相位調(diào)制器(1-1)的光輸入端連接，相位調(diào)制器(1-1)的輸出端與摻鉺光纖放大器(1-2)的輸入端連接，摻鉺光纖放大器(1-2)的輸出端與馬赫曾德爾干涉儀(1-3)的輸入端連接，馬赫曾德爾干涉儀(1-3)的輸出端與光開關(guān)(1-4)的輸入端相連，接著光開關(guān)(1-4)的輸出端與啁啾光纖布拉格光柵(1-5)的輸入端連接，啁啾光纖布拉格光柵(1-5)的輸出端與光電探測器(1-6)的輸入端連接，光電探測器(1-6)的輸出端與相位調(diào)制器(1-1)的電信號驅(qū)動輸入端連接，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

7、其中(2)光電環(huán)解密機的實現(xiàn)技術(shù)方案：

8、解密機結(jié)構(gòu)特征在于：包含馬赫曾德爾干涉儀(2-1)、光開關(guān)(2-2)、啁啾光纖布拉格光柵(2-3)、反向光電探測器(2-4)、相位調(diào)制器(2-5)。

9、各模塊的連接關(guān)系如下：

10、加密后信號光由光耦合器分成兩路，一路與馬赫曾德爾干涉儀(2-1)的輸入端連接，另一路與相位調(diào)制器(2-5)的光輸入端連接，馬赫曾德爾干涉儀(2-1)的輸出端與光開關(guān)(2-2)的輸入端連接，光開關(guān)(2-2)的輸出端與啁啾光纖布拉格光柵(2-3)的輸入端連接，啁啾光纖布拉格光柵(2-3)的輸出端與反向光電探測器(2-4)的輸入端連接，反向光電探測器(2-4)的輸出端與相位調(diào)制器(2-5)的電信號驅(qū)動輸入端連接形成解密光電環(huán)。

11、本發(fā)明的方法，利用光電環(huán)路，異地產(chǎn)生相關(guān)性高的混沌信號，用于信號的相位加密和解密。用戶將待加密的相位調(diào)制格式信號輸入到加密機中，啟動后信號光先通過干涉儀將相位信息轉(zhuǎn)變?yōu)閺姸茸兓缓笥晒忾_關(guān)選擇干涉儀的其中一路輸出光，進入到啁啾光纖布拉格光柵進一步擾亂，然后反饋調(diào)制到內(nèi)部相位調(diào)制器上。環(huán)路內(nèi)部較短，光信號通過整個光電環(huán)路的時間在百納秒量級，光電環(huán)會迅速進入混沌狀態(tài)，實現(xiàn)對信號持續(xù)有效的不斷加解密。在加密環(huán)路中使用光耦合器分出一部分信號即為加密機的輸出，加密后的信號根據(jù)實際中的通信網(wǎng)絡(luò)需求可以在現(xiàn)存光纖通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸。傳輸?shù)浇饷芏撕筮M入解密機，再使用參數(shù)匹配的馬赫曾德爾干涉儀以及啁啾光纖布拉格光柵等器件對加密信息進行恢復(fù)。此發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，提升了加解密系統(tǒng)的集成度，僅使用干涉線和色散光柵實現(xiàn)了實時動態(tài)的持續(xù)加解密，支持大容量的高速光通信，更加實用。

技術(shù)特征：

1.本發(fā)明提出一種基于電光相位混沌的信號加解密系統(tǒng)，其特征在于：提出了一套加解密方法及其裝置結(jié)構(gòu)，所述系統(tǒng)包含以下部分：(1)加密機(2)解密機，其中加解密機能夠產(chǎn)生混沌信號對環(huán)內(nèi)信號進行相位調(diào)制，利用同步的電光相位混沌可以對信號進行加密和解密，信號經(jīng)加密機(1)進行加密后，須再經(jīng)解密機(2)進行相應(yīng)的解密才可以恢復(fù)出原始信息，更為具體的，加解密機中包含摻鉺光纖放大器、相位調(diào)制器、馬赫曾德爾干涉儀、光開關(guān)、光電探測器以及啁啾光纖布拉格光柵。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加密機結(jié)構(gòu)，其特征在于：包含相位調(diào)制器(1-1)、摻鉺光纖放大器(1-2)、馬赫曾德爾干涉儀(1-3)、光開關(guān)(1-4)、啁啾光纖布拉格光柵(1-5)、光電探測器(1-6)；其中，帶有原始信息的光載波輸入加密機，與相位調(diào)制器(1-1)的光輸入端連接，相位調(diào)制器(1-1)的輸出端與摻鉺光纖放大器(1-2)的輸入端連接，摻鉺光纖放大器(1-2)的輸出端與馬赫曾德爾干涉儀(1-3)的輸入端連接，馬赫曾德爾干涉儀(1-3)的輸出端與光開關(guān)(1-4)的輸入端相連，接著光開關(guān)(1-4)的輸出端與啁啾光纖布拉格光柵(1-5)的輸入端連接，啁啾光纖布拉格光柵(1-5)的輸出端與光電探測器(1-6)的輸入端連接，光電探測器(1-6)的輸出端與相位調(diào)制器(1-1)的電信號驅(qū)動輸入端連接，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1～2所述的一種基于電光相位混沌加密方法的加密系統(tǒng)，其特征在于：摻鉺光纖放大器(1-2)用于光放大和功率控制同時引入微量噪聲，放大后的信號進入馬赫曾德爾干涉儀(1-3)進行干涉，其中所用馬赫曾德爾干涉儀(1-3)帶有一個光輸入端和兩個光輸出端以及一個偏置電源，光開關(guān)(1-4)受合法通信方提前分享的一致密鑰序列控制分別與馬赫曾德爾干涉儀(1-3)的兩個光輸出端連接，光電探測器(1-6)用于將環(huán)內(nèi)光信號轉(zhuǎn)換成電信號后驅(qū)動相位調(diào)制器(1-1)進行相位擾亂加密，成環(huán)后加密機能夠?qū)π盘柕南辔贿M行有效加密，可用于dpsk\qpsk等相位調(diào)制格式的信號加密，且馬赫曾德爾干涉儀(1-3)輸出的兩路信號波形不同，具有低相關(guān)性，在鍵控的條件下可進一步提高安全性。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種解密機結(jié)構(gòu)，其特征在于：包含馬赫曾德爾干涉儀(2-1)、光開關(guān)(2-2)、啁啾光纖布拉格光柵(2-3)、反向光電探測器(2-4)、相位調(diào)制器(2-5)；其中傳輸?shù)浇邮斩说男盘栐诮?jīng)過鏈路補償后輸入解密機，由光耦合器分成兩路，一路與馬赫曾德爾干涉儀(2-1)的輸入端連接，另一路與相位調(diào)制器(2-5)的光輸入端連接，馬赫曾德爾干涉儀(2-1)的輸出端與光開關(guān)(2-2)的輸入端連接，光開關(guān)(2-2)的輸出端與啁啾光纖布拉格光柵(2-3)的輸入端連接，啁啾光纖布拉格光柵(2-3)的輸出端與反向光電探測器(2-4)的輸入端連接，反向光電探測器(2-4)的輸出端與相位調(diào)制器(2-5)的電信號驅(qū)動輸入端連接形成解密光電環(huán)，最終相位調(diào)制器(2-5)的光輸出端作為解密機的輸出端輸出解密后的光信號。

5.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的一種基于電光同步解密的解密系統(tǒng)，其特征在于：加密后的信號經(jīng)過馬赫曾德爾干涉儀(2-1)后會輸出兩路波形低相關(guān)的信號，且分別與加密機中的馬赫曾德爾干涉儀(1-3)的輸出兩路波形呈高相關(guān)，之后由光開關(guān)(2-2)決定使用哪一路對信號進行相位解密，光開關(guān)(2-2)受雙方提前共享的一致密鑰序列控制，反向光電探測器(2-4)具有一個光輸入口和兩個電輸出口，其中正口與其他光電探測器類似輸出與輸入光波形正相關(guān)的電信號波形，負(fù)口能夠產(chǎn)生具有相反波形的電信號，用于相位解密。

6.根據(jù)權(quán)利要求1～5所述的一種基于電光相位混沌的信號加解密系統(tǒng)，其特征在于：調(diào)節(jié)光電探測器(1-6)和反向光電探測器(2-4)使得相位調(diào)制器(1-1)和相位調(diào)制器(2-5)的調(diào)制深度匹配。

7.根據(jù)權(quán)利要求1～5所述的一種基于電光相位混沌的信號加解密系統(tǒng)，其特征在于：加密機中的啁啾光纖布拉格光柵(1-5)和解密機中的啁啾光纖布拉格光柵(2-3)具有相應(yīng)匹配的參數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1～5所述的一種基于電光相位混沌的信號加解密系統(tǒng)，其特征在于：光開關(guān)(1-4)和光開關(guān)(2-2)受到合法通信雙方提前共享的一致密鑰序列控制，具體的，密鑰為一串隨機的二進制序列，“0”、“1”分別對應(yīng)連接馬赫曾德爾干涉儀的的兩路輸出。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～8所述的一種基于電光相位混沌的信號加解密系統(tǒng)，其特征在于：其中的所有器件參數(shù)可以根據(jù)需求進行調(diào)整使得有多種不同的加解密輸出，提高系統(tǒng)的安全性。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種基于電光相位混沌的信號加解密系統(tǒng)的實現(xiàn)方法以及其中的加密機和解密機裝置，利用馬赫曾德爾干涉儀、相位調(diào)制器、光電探測器和啁啾光纖布拉格光柵、光開關(guān)等器件構(gòu)建出光電反饋環(huán)，產(chǎn)生的電光混沌信號可用于對信號進行加密和解密。利用了混沌信號經(jīng)過馬赫曾德爾干涉儀后輸出的兩路信號具有低相關(guān)性的特點，其中鍵控的加入進一步提高了系統(tǒng)的安全性。利用馬赫曾德爾干涉儀將相位上的信息轉(zhuǎn)換到強度上，并通過光電環(huán)和啁啾光纖布拉格光柵的色散作用不斷對信號進行擾亂和加密。該系統(tǒng)和方案對傳輸過程中的時延變化不敏感，為安全保密的光通信系統(tǒng)提供了一種實用的加解密機結(jié)構(gòu)和新的系統(tǒng)方案。

技術(shù)研發(fā)人員：高震森,葉錦洋,曾桂林,安躍華,王安幫,王云才,秦玉文
受保護的技術(shù)使用者：廣東工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9