[發明專利]基于復合邏輯的超高速全光數據實時加/解密系統及方法

有效

• 申請號: 201710150040.8
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN106888053B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 謝小平;黃新寧;段弢;汪偉;胡輝;韓彪
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

為解決現有物理層全光數據易破解、難以實時加密超高速數據等問題，本發明提供了一種基于復合邏輯的超高速全光數據實時加/解密系統及方法。其中加密方法包括步驟：1)產生第一電域偽隨機序列和基準時鐘；2)將第一電域偽隨機序列加載至第一激光器輸出的脈沖激光載波上，產生光域隨機加密密鑰；2)將光域隨機加密密鑰和待加密超高速全光數據一同注入到第一光纖放大器進行光功率放大；3)將放大后的光域隨機加密密鑰與超高速全光數據一同注入到第一高非線性光纖，使光域隨機加密密鑰與超高速全光數據之間實時產生不同邏輯；4)在第一高非線性光纖輸出端進行不同波長處濾波，再對濾波后的兩個波長進行耦合，形成具有復合邏輯的光密文。

技術領域

本發明屬于全光網絡技術領域，具體涉及全光網絡物理層超高速全光數據的實時加/解密系統及方法。

背景技術

隨著超高速、大容量光傳輸網絡的構建以及IP網絡成本效益的提高，很多極敏感信息，如金融交易、醫療記錄等，均開始通過互聯網傳遞。現代加密算法主要面向網絡層、傳輸層或會話層，而物理層的安全加密技術并未引起過多關注，因此目前全光網絡物理層數據傳輸是開放模式，超高速全光數據及網絡控制命令等的傳輸都未經任何加密處理，因而存在海量信息失密的巨大風險。

國內外各種光纖竊聽技術的發展使得對物理層數據信息的竊聽只需獲得光纖中極低的光信號功率即可實現。例如，單光子探測技術能探測到5×10^-13W的光能量，光纖鏈路監控設備根本無法發現這種極低光功率的衰減。因此海量敏感信息極容易被竊聽而造成巨大的經濟損失。又如美國“吉米·卡特”號潛艇具備海底光纜竊聽功能，可將竊聽裝置安裝到光纜上長期監聽而不影響光纜的正常工作。此外，惡意用戶可通過攻擊放大鏈路模塊、路由交換模塊等提取信息，也可以冒充合法用戶利用信道串擾及光纜信息泄露缺陷進行非法竊聽。

目前針對物理層超高速全光數據加密措施主要有：光譜幅度編碼(SAE)結合光譜時延編碼(SDE)、光碼分多址、光跳頻、量子密鑰分配以及全光異或等加密技術。這些加密方法存在實現復雜、易破解、加密速率較低、難以實用化等問題，如SAE結合SDE要對光譜進行分割并重新組合，實現復雜且不適于寬帶通信系統；光碼分多址已被證明極易破解；光跳頻加密速率受限于光開關頻率，無法實現超高速數據加密；量子密鑰分配受系統噪聲影響大且不適于遠程通信系統。

發明內容

為解決現有物理層全光數據易破解、難以實時加密超高速數據等問題，本發明提供了一種基于復合邏輯的超高速全光數據實時加/解密系統及方法。

本發明的技術原理是：兩束光在高非線性光纖中傳輸時，在非線性介質的作用下，能同時產生非線性四波混頻效應(FWM)和非線性交叉相位調制效應(XPM)，本發明正是基于上述兩種同時發生的瞬時非線性效應實現對超高速全光數據的實時加解密。

本發明解決上述技術問題的具體技術方案如下：

基于復合邏輯的超高速全光數據實時加密系統，其特殊之處在于：包括第一隨機密鑰生成單元和復合邏輯加密單元；

所述第一隨機密鑰生成單元包括串連的第一偽隨機碼發生器和第一電光調制器，其中，所述第一電光調制器的輸入端還連接有第一激光器；

所述復合邏輯加密單元包括第一光纖放大器、第一光濾波器及第二光濾波器；所述第一光纖放大器的輸入端用于接收待加密超高速全光數據和所述第一隨機密鑰生成單元輸出的光域隨機加密密鑰，第一光纖放大器的輸出端通過第一高非線性光纖分別與所述第一光濾波器及第二光濾波器的輸入端相連，所述第一光濾波器和第二光濾波器的輸出耦合后作為實時加密系統的輸出。