[發(fā)明專利]一種基于雙閉環(huán)反饋儲備池計算的混沌同步保密通信系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111934844B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)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(chuàng)專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 冷錦超;鄧東東

本發(fā)明一種基于雙閉環(huán)反饋儲備池計算的混沌同步保密通信系統(tǒng)及方法，屬于混沌同步保密通信技術領域；所要解決的技術問題為：提供一種基于雙閉環(huán)反饋儲備池計算的混沌同步保密通信系統(tǒng)硬件結(jié)構及通信方法的改進；解決該技術問題采用的技術方案為：包括混沌激光發(fā)生裝置和儲備池計算解密模塊，混沌激光發(fā)生裝置內(nèi)部包括激光器，激光器的信號輸入端與控制器相連，控制器向激光器輸入有用信息，激光器的輸出端串接一級光隔離器后與二級光隔離器相連，二級光隔離器的輸出端分別與光電二極管的輸入端、WDM合束器的輸入端相連，光電二極管的輸出端依次串接時間延時器、帶通濾波器、增益放大器后與激光器的信號反饋端相連；本發(fā)明應用于混沌同步保密通信。

技術領域

本發(fā)明一種基于雙閉環(huán)反饋儲備池計算的混沌同步保密通信系統(tǒng)及方法，屬于混沌同步保密通信技術領域。

背景技術

基于混沌激光的保密通信協(xié)議具有高速、長距離、低誤碼率等優(yōu)點，但在實際使用過程中要達到上述優(yōu)點需要發(fā)射器和接收器實現(xiàn)混沌同步，即保持發(fā)射端和接收端激光器工作參數(shù)幾乎完全一致才可以達到理論上的同步效果，因此近年來混沌保密通信的應用范圍一直有限，其應用方法及使用的控制系統(tǒng)一直沒有大的進展。

已有學者提出訓練出一個與發(fā)射器參數(shù)匹配度較高的神經(jīng)網(wǎng)絡做接收器，但神經(jīng)網(wǎng)絡訓練權值較難控制且收斂速度較慢導致整個訓練過程耗時較長，因此只是作為一種理想概念被提出，具體實驗時很難實現(xiàn)。

儲備池計算作為一種新的機器學習方法，相比于神經(jīng)網(wǎng)絡而言，簡化神經(jīng)網(wǎng)絡訓練過程，解決了神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構難以確定，訓練算法復雜的難題，因此本申請擬采用儲備池計算實現(xiàn)混沌同步。

此前，研究者H.F.Chen提出半導體激光器參數(shù)失配和激光相位等因素對同步有較大影響，導致同步難以控制與實現(xiàn)；

研究者Kusumoto用780nm半導體激光器實現(xiàn)了1.5GHz正弦信號的混沌保密通信，但仍存在信號速率低以及同步較難控制的問題；

研究者楊云朋等人提出用神經(jīng)網(wǎng)絡訓練出一個與發(fā)射器同步的接收器結(jié)構，但訓練過程較慢導致只能在仿真實現(xiàn)，暫時還無法硬件實現(xiàn)，因此混沌激光同步保密通信仍有待研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種基于雙閉環(huán)反饋儲備池計算的混沌同步保密通信系統(tǒng)硬件結(jié)構及通信方法的改進。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：一種基于雙閉環(huán)反饋儲備池計算的混沌同步保密通信系統(tǒng)，包括混沌激光發(fā)生裝置和儲備池計算解密模塊，所述混沌激光發(fā)生裝置內(nèi)部包括激光器，所述激光器的信號輸入端與控制器相連，所述控制器向激光器輸入有用信息，所述激光器的輸出端串接一級光隔離器后與二級光隔離器相連，所述二級光隔離器的輸出端分別與光電二極管的輸入端、WDM合束器的輸入端相連，所述光電二極管的輸出端依次串接時間延時器、帶通濾波器、增益放大器后與激光器的信號反饋端相連；

所述WDM合束器通過連接光纜與WDM分束器相連，所述WDM分束器的輸出端與光接收機相連，所述光接收機的輸出端接入儲備池計算動力系統(tǒng)的計算輸入層；

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

一種基于雙閉環(huán)反饋儲備池計算的混沌同步保密通信方法，包括如下步驟：

步驟一：控制器向混沌激光發(fā)生裝置輸入數(shù)據(jù)信息，由混沌激光發(fā)生裝置對該數(shù)據(jù)信息進行混沌調(diào)制加密；將數(shù)據(jù)信息輸入激光器的輸入端，所述激光器輸出連續(xù)光，經(jīng)過一級光隔離器、二級光隔離器穩(wěn)定光譜輸出功率，所述二級光隔離器的信號輸出分為兩路，一路信號輸入光電二極管，然后經(jīng)過時間延時器、帶通濾波器、增益放大器反饋回激光器產(chǎn)生混沌載波，同時輸入的數(shù)據(jù)信息對激光器的參數(shù)進行調(diào)制，調(diào)整混沌載波生成，并與混沌載波混合成為混沌加密信號；