[發(fā)明專利]一種基于混沌信號(hào)動(dòng)態(tài)同步的密鑰分配方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610225877.X
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN105763313A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江寧;薛琛鵬;呂韻欣;邱昆
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/00
• 分類號(hào): H04L9/00;H04L9/08
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 周劉英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光纖通信系統(tǒng)中基于混沌信號(hào)的密鑰分配。

背景技術(shù)

目前的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的安全問題主要依靠現(xiàn)代密碼體制來解決。然而根據(jù)Kerckhoffz準(zhǔn)則，現(xiàn)代密碼體制總是假定密碼算法是公開的，因此系統(tǒng)的安全性取決于密鑰的安全性，密鑰是密碼系統(tǒng)的核心。不可否認(rèn)基于量子理論的量子密鑰分配的安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他的分配方式，但是由于通信距離和設(shè)備精度的要求使得很難在實(shí)際應(yīng)用廣泛的推廣。另一方面科學(xué)研究者們也在積極探索其他的密鑰分配方案。在文獻(xiàn)[U.M.Maurer,Secretkeyagreementbypublicdiscussionfromcommoninformation,InformationTheory,IEEETransactionson39,733-742(1993)]中所提出的利用采樣相關(guān)的隨機(jī)源來實(shí)現(xiàn)密鑰的分配，為研究物理層安全的密鑰分配方案提供了新的研究方向。文獻(xiàn)[J.Muramatsu,K.Yoshimura,andP.Davis,InformationTheoreticSecurityBasedonBoundedObservability,Lect.NotesComput.Sci.5973,128-139,(2010)]提出了一種基于實(shí)際觀測有界性的相關(guān)隨機(jī)源安全密鑰分配模型。文獻(xiàn)[K.Yoshimura,J.Muramatsu,P.Davis,T.Harayama,H.Okumura,S.Morikatsu,H.Aida,andA.Uchida,SecureKeyDistributionUsingCorrelatedRandomnessinLasersDrivenbyCommonRandomLight,PhysicalReviewLetters108(2012).]采用了上述密鑰分配模型，提出了一種基于相關(guān)隨機(jī)光源的密鑰分配系統(tǒng)。但是由于實(shí)際應(yīng)用中噪聲和誤差的影響，隨機(jī)源是不能完美同步的，因而通過采樣相關(guān)隨機(jī)源的方法得到的密鑰往往具有較大的誤碼率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種基于混沌信號(hào)動(dòng)態(tài)同步的高質(zhì)量的密鑰分配方法。本發(fā)明在注入鎖定效應(yīng)的作用下，相同的相移會(huì)產(chǎn)生非常好的同步效果，反之就會(huì)比較差，因而混沌信號(hào)的相關(guān)特性可以作為密鑰分配的依據(jù)。通信雙方通過根據(jù)觀測到的雙方所產(chǎn)生混沌信號(hào)的互相關(guān)信息，保留那些相同的調(diào)制信息而完成密鑰的分配。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一種基于混沌信號(hào)動(dòng)態(tài)同步的密鑰分配方法，包括下列步驟：

將驅(qū)動(dòng)端產(chǎn)生的同一第一混沌光信號(hào)分別發(fā)送至通信雙方；

通信雙方分別對第一混沌光信號(hào)進(jìn)行多階層光調(diào)制處理，得到第二混沌光信號(hào)并在本地保存，同時(shí)將第二混沌光信號(hào)發(fā)送給通信對方；其中，對第一混沌光信號(hào)進(jìn)行多階層光調(diào)制處理具體為：

將第一混沌光信號(hào)作為第一階層的注入光，上一階層的輸出光信號(hào)將作為下一階層的注入光，每個(gè)階層基于各自的隨機(jī)序列對注入光進(jìn)行光調(diào)制處理(例如根據(jù)隨機(jī)序列隨機(jī)添加預(yù)設(shè)對應(yīng)相移，用不同的相移區(qū)分隨機(jī)序列中的二進(jìn)制符號(hào))，且所有階層的光調(diào)制方式相同(即在各階層的光調(diào)制處理中，對同一二進(jìn)制符號(hào)的添加相移相同)，得到每個(gè)階層的輸出光信號(hào)，其中各階層的隨機(jī)序列的位數(shù)相同；將最后一個(gè)階層的輸出光信號(hào)作為第二混沌光信號(hào)；

計(jì)算通信雙方分別基于本地和接收的第二混沌光信號(hào)，計(jì)算第二混沌光信號(hào)在隨機(jī)序列的每個(gè)碼元周期內(nèi)的互相關(guān)程度，并判斷所述互相關(guān)程度是否在預(yù)設(shè)閾值內(nèi)，若是，則保留當(dāng)前位置的碼元，得到通信雙方的共享密鑰。

進(jìn)一步的，可根據(jù)第二混沌光信號(hào)在不同時(shí)刻t的信號(hào)強(qiáng)度I_A(t)、I_B(t)來計(jì)算第二混沌光信號(hào)在隨機(jī)序列的每個(gè)碼元周期內(nèi)的互相關(guān)程度，I_A(t)和I_B(t)的下標(biāo)僅用于區(qū)分通信雙方，本發(fā)明用互相關(guān)系數(shù)C表示第二混沌光信號(hào)在隨機(jī)序列的每個(gè)碼元周期內(nèi)的互相關(guān)程度，即：

其中符號(hào)“<·>”表示時(shí)域上求平均。

每個(gè)碼元周期內(nèi)對應(yīng)一個(gè)互相關(guān)系數(shù)C。

通過在通信雙方分別基于本地和接收的第二混沌光信號(hào)，計(jì)算第二混沌信號(hào)在隨機(jī)序列的每個(gè)碼元周期內(nèi)的互相關(guān)系數(shù)C來判斷相移(調(diào)制)是否同步，其相移同步的判斷標(biāo)準(zhǔn)為互相關(guān)系數(shù)C是否接近1(即判斷C與1的差值是否小于或等于預(yù)設(shè)閾值)。當(dāng)互相關(guān)系數(shù)C明顯小于1時(shí)認(rèn)為雙方的相同相位調(diào)制信息序列是不同的，不能用于密鑰。