光纖傳輸系統的跨層加密方法及系統技術方案

本發明專利技術提供了一種光纖傳輸系統的跨層加密方法及系統，該跨層加密方法包括：數據加密步驟、光編碼步驟、光解碼步驟、恢復步驟、數據解密步驟。本發明專利技術的有益效果是：本發明專利技術提出的跨層加密方案，對于竊聽用戶而言，必須同時破解物理層的光編碼加密與數據加密，從而提高了現有光纖傳輸系統的安全性。同時，通過物理層的OCDMA多址/復用技術，實現了多用戶傳輸系統，也增加了光纖傳輸系統容量。本發明專利技術特別適合公安、銀行、政府等特殊機構的光傳送網和接入網進行重要信息的安全傳輸，具有急迫的市場需求和廣闊應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及通信
，尤其涉及光纖傳輸系統的跨層加密方法及系統。
技術介紹
目前的光纜易被竊聽，光纖通信系統中光信息傳輸的安全性問題已刻不容緩亟待解決。光信息的安全傳輸要求其通信系統具有好的安全性，應具有抗毀、抗截獲、抗攻擊、能身份認證和進行隱藏的功能。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，所有基于算法的加密手段都已經被證明是可以破解的。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。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 Code Division Multiple Access,OCDMA)和量子噪聲隨機編碼(Quantum Noise Randomized Cipher,QNRC)]等。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，“棱鏡門”事件已暴露出了有200多條光纜被竊聽，使信息傳輸安全受到嚴重威脅。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。一方面，隨著計算機在軟件和硬件方面的快速發展，使得計算機的計算能力飛速提高，從而使得破解任意一個加密算法理論上都是可行的，例如已經被破解RSA和DES算法等等。另一方面，OCDMA物理層加密能提高現有光纖通信系統的安全性，但不能保證絕對的安全性，也存在碼字被破解的可能。因此，為了進一步提高現有光纖傳輸系統的安全性，一種有效的解決途徑是采用跨層加密技術。綜上，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，所有基于算法的加密手段都已經被證明是可以破解的。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。另一方面，OCDMA物理層加密能提高現有光纖通信系統的安全性，但不能保證絕對的安全性，也存在碼字破解的可能。
技術實現思路
本專利技術提供了一種光纖傳輸系統的跨層加密方法，在發射端執行如下步驟：A.數據加密步驟：采用加密算法進行數據加密，轉化為密文數據；B.光編碼步驟：采用光編碼器對密文數據進行物理層的光編碼形成光密文數據；在接收端執行如下步驟：a.光解碼步驟：采用與光編碼器匹配的光解碼器進行解密，恢復正確的光密文數據；b.恢復步驟：恢復正確的密文數據；c.數據解密步驟：采用與加密相應的解密算法，對密文數據進行數據解密，恢復用戶數據。作為本專利技術的進一步改進，所述光編碼器為OCDMA編碼器，所述光解碼器為OCDMA解碼器。作為本專利技術的進一步改進，所述加密算法包括DES算法、RSA算法、AES算法。作為本專利技術的進一步改進，在恢復步驟中，對光信號進行光電檢測、放大、濾波和抽樣判決，從而恢復正確的密文數據。作為本專利技術的進一步改進，從發射端至接收端的光傳輸過程中，編碼后的光信號進行光纖傳輸，鏈路中采用光放大器、色散補償進行信號處理。本專利技術還公開了一種光纖傳輸系統的跨層加密系統，包括：數據加密模塊：采用加密算法進行數據加密，轉化為密文數據；光編碼模塊：采用光編碼器對密文數據進行物理層的光編碼形成光密文數據；光解碼模塊：采用與光編碼器匹配的光解碼器進行解密，恢復正確的光密文數據；恢復模塊：恢復正確的密文數據；數據解密模塊：采用與加密相應的解密算法，對密文數據進行數據解密，恢復用戶數據。作為本專利技術的進一步改進，所述光編碼器為OCDMA編碼器，所述光解碼器為OCDMA解碼器。作為本專利技術的進一步改進，所述加密算法包括DES算法、RSA算法、AES算法。作為本專利技術的進一步改進，在恢復模塊中，對光信號進行光電檢測、放大、濾波和抽樣判決，從而恢復正確的密文數據。作為本專利技術的進一步改進，從發射端至接收端的光傳輸過程中，編碼后的光信號進行光纖傳輸，鏈路中采用光放大器、色散補償進行信號處理。本專利技術的有益效果是：本專利技術提出的跨層加密方案，對于竊聽用戶而言，必須同時破解物理層的光編碼加密與數據加密，從而提高了現有光纖傳輸系統的安全性。同時，通過物理層的OCDMA多址/復用技術，實現了多用戶傳輸系統，也增加了光纖傳輸系統容量。本專利技術特別適合公安、銀行、政府等特殊機構的光傳送網和接入網進行重要信息的安全傳輸，具有急迫的市場需求和廣闊應用前景。附圖說明圖1是本專利技術的跨層加密系統架構圖。圖2是本專利技術的系統總體方案圖。圖3是本專利技術的光編碼器的參數設置圖。圖4是本專利技術的光解碼器的參數設置圖。圖5是本專利技術的方法流程圖。圖6是數據加密處理過程圖。圖7是經編碼后的輸出波形圖。圖8是光解碼器進行解密的物理層光信號圖。圖9是恢復正確的密文數據圖。圖10是解密后的用戶數據圖。具體實施方式圖1是本專利技術提出的跨層加密系統架構，用戶數據首先采用加密算法進行數據加密，轉化為密文數據，然后經過光發射機和光編碼器，進行物理層的光加密，最后，耦合到光纖進行光纖傳輸。對于傳統的數據加密光纖傳輸系統，用戶數據采用加密算法進行數據加密后，直接經光調制后進行光纖傳輸，這樣，在光纖傳輸鏈路中，竊聽用戶對數據“0”和“1”可直接檢測，即可以正確獲得物理層信號(密文)。而本專利技術提出的跨層加密系統的區別在于，在發射端，用戶加密數據還需要脈沖光發射機和光編碼器，將用戶的密文數據進行物理層的光編碼，即實現基于光編碼的物理層加密。這樣，在光纖傳輸鏈路中，竊聽用戶對數據“0”和“1”不可檢測，即無法正確獲得物理層信號(密文)，從而實現物理層加密。在接收端，合法用戶采用匹配的光解碼器和脈沖光接收機，可以正確恢復用戶的物理層信號。然后，采用相應的數據解密算法，正確恢復用戶數據。也就是說，本專利技術的跨層加密系統，合法用戶必須同時具有匹配的光解碼器(物理層解密)和正確的數據解密算法，才能正確恢復用戶數據。如果只有數據解密算法，或者只有相應的光解碼器，竊聽者都無法正確恢復用戶數據。因此，本專利技術提出的跨層加密系統及方法，提高了現有光纖傳輸系統的安全性，具有重要的應用前景。圖2為系統總體方案,在發射端，用戶數據信號經過加密算法進行數據加密后，經調制器后，再進行OCDMA編碼的物理層加密。在接收端，先進行OCDMA解碼，恢復正確的物理層數據信號，然后進行相應的解密算法，恢復用戶的數據信息。在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光纖傳輸系統的跨層加密方法，其特征在于，在發射端執行如下步驟：A.數據加密步驟：采用加密算法進行數據加密，轉化為密文數據；B.光編碼步驟：采用光編碼器對密文數據進行物理層的光編碼形成光密文數據；在接收端執行如下步驟：a.光解碼步驟：采用與光編碼器匹配的光解碼器進行解密，恢復正確的光密文數據；b.恢復步驟：恢復正確的密文數據；c.數據解密步驟：采用與加密相應的解密算法，對密文數據進行數據解密，恢復用戶數據。

【技術特征摘要】
1.一種光纖傳輸系統的跨層加密方法，其特征在于，在發射端執行如下步驟：A.數據加密步驟：采用加密算法進行數據加密，轉化為密文數據；B.光編碼步驟：采用光編碼器對密文數據進行物理層的光編碼形成光密文數據；在接收端執行如下步驟：a.光解碼步驟：采用與光編碼器匹配的光解碼器進行解密，恢復正確的光密文數據；b.恢復步驟：恢復正確的密文數據；c.數據解密步驟：采用與加密相應的解密算法，對密文數據進行數據解密，恢復用戶數據。2.根據權利要求1所述的跨層加密方法，其特征在于，所述光編碼器為OCDMA編碼器，所述光解碼器為OCDMA解碼器。3.根據權利要求1所述的跨層加密方法，其特征在于，所述加密算法包括DES算法、RSA算法、AES算法。4.根據權利要求1所述的跨層加密方法，其特征在于，在恢復步驟中，對光信號進行光電檢測、放大、濾波和抽樣判決，從而恢復正確的密文數據。5.根據權利要求1所述的跨層加密方法，其特征在于，從發射端至接收端的光傳輸過程中，編碼后的光信號進行光纖傳輸，鏈路中采用光放...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吉建華，李文俊，王可，徐銘，張志朋，楊淑雯，
申請(專利權)人：深圳大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44