[發明專利]一種自由空間光網絡的物理層安全增強方法

有效

• 申請號: 201810860219.7
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN108964782B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 吉建華;陳雪梅;王可;徐銘;張志朋;楊淑雯
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H04B10/564
• 分類號: H04B10/564;H04B10/516;H04B10/524
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 李利

本發明涉及一種自由空間光網絡的物理層安全增強方法，包括：S1、發送方合法用戶Alice發送數據信號，干擾模塊根據信道狀態估計發送干擾信號；S2、根據不同數據符號對數據信號和干擾信號利用調制器進行信號調制；S3、利用不同的編碼器對調制過后的數據信號和干擾信號的光信號進行編碼；S4、利用耦合器將編碼后的數據信號和干擾信號耦合到大氣湍流信道中傳輸；S5、接收端合法用戶Bob利用解碼器對接收的光信號進行對應的匹配解碼；S6、利用光電探測器APD對信號進行光電檢測；S7、合法用戶利用解調器對光電檢測過的信號進行解調獲取發送方Alice發送的數據信號。從而提高了FSO傳輸系統的安全性。

技術領域

本發明屬于光通信技術改進領域，尤其涉及一種自由空間光網絡的物理層安全增強方法。

背景技術

自由空間光(FSO)通信具有高帶寬、不需許可證、快速部署及靈活性高等優點，也被認為是解決無線通信中最后一公里問題的很有前途的一種解決方案，作為一種新型的無線通信方式，當利用光纖很難實現通信的時候，FSO可以提供非常高速的點對點通信。此外，FSO通信可用于許多光鏈路，比如衛星與地面的數據鏈路、不受光纖網絡限制的ad hoc中繼鏈路等。然而，FSO也會受到光學竊聽的影響，例如，竊聽者故意阻擋光束以阻攔預期接收端的視線，或者發散光束在接收端的足跡很大，涵蓋了接收端和竊聽者時，FSO存在安全隱患。竊聽者也能從非視線散射信道中獲取鏈路的信息，使得FSO通信系統存在信息安全的問題。另外，大氣湍流、光束的強度都會對FSO通信系統的安全性造成影響，而信息保密和安全傳輸是用戶間通信的基本要求。因此，應用有效的技術來提高FSO通信系統的安全性勢在必行。

傳統的光網絡安全性采用網絡上層協議的數據加密，并假設物理層已提供暢通且無差錯的傳輸。但是，隨著科學技術的發展，所有基于算法的加密手段都已經被證明是可以破解的，已經不能滿足信息安全的需求。例如，2009年，日本、法國和德國的研究團隊破解了768比特的RSA加密算法。基于物理的“測不準”和“不可分割”原理的量子密碼通信具有絕對安全性，但由于受物理機制的限制，目前的量子通信技術僅適合于低速率的信號傳輸。物理層加密作為一種適中的安全方案，具有可證明的安全性。

光網絡物理層安全的主要技術方案有：混沌光通信、光碼分多址(Optical CodeDivision Multiple Access，OCDMA)和量子噪聲隨機編碼(Quantum Noise RandomizedCipher，QNRC)等。混沌光通信系統的安全性是在混沌信號的復雜性上實現的，目前還沒有一種完整系統的理論和手段來對混沌光通信的安全性進行評估分析，且已有實驗系統的誤碼率較高。同時，發送端和接收端的激光器參數必須完全匹配，保證在比較理想的環境下傳輸。OCDMA通信系統具有多種防護功能，可實現光信息的安全傳輸。1)抗截獲，OCDMA系統基于時頻域變換的擴頻機理及安全體系，使其具有較強的抗截獲的功能。2)抗攻擊，面對惡意入侵，OCDMA系統可以采用跳頻編碼或碼字重構等措施，有效避開入侵光信號的影響，保障系統正常運行，從而具有抗攻擊能力，確

保信息通信的安全。3)身份認證，OCDMA系統對每個用戶賦予一個唯一的光域地址碼，非授權用戶不能獲取到系統中所傳輸其他用戶的信號，確保用戶只能接收本身的信號，通過動態可重構地址碼，系統可以隨時確認每個用戶的身份，確保信息的可信傳輸。4)隱匿性，對機密性要求高

的信息傳輸，采用隱匿傳輸，增加被發現的技術難度，從而增加其安全性。OCDMA系統利用其擴頻擴時特性，將所傳輸的信號變為類噪聲，隱匿在常規傳輸系統中，甚至隱匿于背景噪聲中。

另外，在FSO通信系統中，存在大氣湍流，如果使用OOK調制的話，需要設置動態的判決門限，而PPM不需要在接收端設置判決門限，只需要對不同時隙的輸出進行比較，就可以選擇需要恢復的信號，此外，PPM對功率的利用率較高，抗干擾能力強。因此，PPM調制是一種目前最適合FSO通信的調制方式。