[發明專利]一種基于雙閉環反饋儲備池計算的混沌同步保密通信系統及方法

有效

• 申請號: 202010631566.X
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111934844B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 張建國;劉家躍;王安幫;王云才;王龍生
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04B10/85;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 冷錦超;鄧東東

1.一種基于雙閉環反饋儲備池計算的混沌同步保密通信系統，包括混沌激光發生裝置和儲備池計算解密模塊，其特征在于：所述混沌激光發生裝置內部包括激光器（1），所述激光器（1）的信號輸入端與控制器相連，所述控制器向激光器（1）輸入有用信息，所述激光器（1）的輸出端串接一級光隔離器（2）后與二級光隔離器（3）相連，所述二級光隔離器（3）的輸出端分別與光電二極管（4）的輸入端、WDM合束器（8）的輸入端相連，所述光電二極管（4）的輸出端依次串接時間延時器（5）、帶通濾波器（6）、增益放大器（7）后與激光器（1）的信號反饋端相連；

所述WDM合束器（8）通過連接光纜（9）與WDM分束器（10）相連，所述WDM分束器（10）的輸出端與光接收機（11）相連，所述光接收機（11）的輸出端接入儲備池計算動力系統（12）的計算輸入層；

所述儲備池計算動力系統（12）的計算輸出層與運算模塊（13）的一路輸入端相連，所述運算模塊（13）的另一路輸入端與光接收機（11）的輸出端相連，所述運算模塊（13）的輸出端與信號接收器相連；

采用基于雙閉環反饋儲備池計算的混沌同步保密通信系統進行通信的方法，包括如下步驟：

步驟一：控制器向混沌激光發生裝置輸入數據信息，由混沌激光發生裝置對該數據信息進行混沌調制加密；將數據信息輸入激光器（1）的輸入端，所述激光器（1）輸出連續光，經過一級光隔離器（2）、二級光隔離器（3）穩定光譜輸出功率，所述二級光隔離器（3）的信號輸出分為兩路，一路信號輸入光電二極管（4），然后經過時間延時器（5）、帶通濾波器（6）、增益放大器（7）反饋回激光器（1）產生混沌載波，同時輸入的數據信息對激光器（1）的參數進行調制，調整混沌載波生成，并與混沌載波混合成為混沌加密信號；

步驟二：所述二級光隔離器（3）的另一路輸出混沌加密信號至WDM合束器（8），所述WDM合束器（8）通過連接光纜（9）將混沌加密信號輸入WDM分束器（10），所述WDM分束器（10）再將混沌加密信號發送至光接收機（11），所述光接收機（11）對信號進行恢復并輸入儲備池計算解密模塊；

步驟三：所述光接收機（11）輸出的恢復信號輸入儲備池計算動力系統（12），使儲備池計算動力系統產生儲備池計算狀態向量a1和儲備池計算輸出向量a3，所述儲備池計算狀態向量a1與混沌載波狀態向量a2相減作為訓練數據反饋回儲備池計算動力系統（12），使其訓練連接權重，同時削弱外界擾動帶來的影響；

步驟四：所述儲備池計算動力系統（12）內部由儲備池計算狀態向量a1通過連接權重到輸出層，使其產生儲備池計算輸出向量a3，所述儲備池計算輸出向量a3為預測混沌載波，分為兩路輸出，一路輸出與混沌載波輸出向量a4相減作為訓練數據反饋至儲備池計算動力系統（12），使其修改儲備池和輸出層之間的連接權重，另一路輸出與混沌加密信號經過運算模塊（13）對信號進行解密，輸出有用信息至信號接收器；

所述儲備池計算解密模塊的計算步驟為：

步驟一：定義混沌加密信號作為儲備池計算動力系統（12）的輸入向量為u(t)，所述輸入層與儲備池之間通過連接權重W1進行計算；

定義儲備池內部各層之間的連接權重為W2，經過儲備池各層的迭代產生狀態向量x(t)到輸出層；

定義儲備池與輸出層之間的連接權重為W3，所述狀態向量x(t)經權重W3作用處理，產生輸出向量y(t)=x(t)*W3；

步驟二：所述儲備池計算動力系統（12）輸出結果為預測混沌載波，對儲備池計算動力系統（12）的權重W3通過雙閉環反饋的數據進行訓練，減小誤差；

所述儲備池計算狀態向量與混沌載波狀態向量之差作為訓練數據，反饋回儲備池計算動力系統，來訓練權重參數W3，同時消除外來擾動帶來的影響，進行狀態反饋；

步驟三：所述儲備池計算輸出向量與混沌載波輸出向量之差作為訓練數據，反饋回儲備池計算動力系統，訓練權重參數W3，進行輸出反饋；

步驟四：通過上述兩種反饋構成雙閉環反饋控制結構，不斷調節預測混沌載波與混沌載波，當且僅當預測混沌載波為同步的混沌載波時，解密成功。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙閉環反饋儲備池計算的混沌同步保密通信系統，其特征在于：所述儲備池計算動力系統包括輸入層、儲備池、輸出層；

所述輸入層的層數等于1，所述每一層中包括A個神經元；

所述儲備池的層數等于M，所述每一層中包括B個神經元；

所述輸出層的層數等于1，所述每一層中包括C個神經元。