動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編解碼系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編解碼系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]—.光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全受到嚴(yán)重威脅:
[0003]現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)利用光纖傳輸信息，而光纖的開波導(dǎo)固有特性決定了利用耦合的方法很容易獲取在光纖上傳輸?shù)耐ㄐ判畔?，因而光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⑷菀妆桓`聽是不可避免的。現(xiàn)在大量廣泛使用的常規(guī)光纖通信系統(tǒng)工作于00K體制，竊聽者可以輕易地利用能量探測(cè)器捕獲到光纖上傳輸?shù)墓庑盘?hào)，而達(dá)到竊聽的目的。
[0004]棱鏡門事件已暴露出有200多條光纜已經(jīng)被竊聽，事實(shí)證明了現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)是不安全的。
[0005]現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在物理層安全方面基本不設(shè)防，沒有任何保護(hù)措施，不具有抵御入侵攻擊和防截獲的能力，不能保障信息的安全傳輸。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防事業(yè)的發(fā)展，所需的信息安全越來(lái)越要求高，特別急需解決網(wǎng)絡(luò)物理層的安全問題，必需建立抗截獲能力強(qiáng)、安全性好的光網(wǎng)絡(luò)，在光層建立具有安全機(jī)制的新型光系統(tǒng)和光網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。
[0006]二.利用光碼分多址技術(shù)解決光網(wǎng)絡(luò)物理層安全問題:
[0007]目前解決物理層安全問題的主要技術(shù)方案有:光量子通信、光混沌通信、光碼分多址(Optical Code Divis1n Multiple Access，0CDMA)通信等。量子光通信、混純光通信，以及0CDMA通信均得到快速發(fā)展，在美國(guó)、歐洲、日本，以及我國(guó)都在進(jìn)行研究和推廣。一些小規(guī)模的量子通信試驗(yàn)網(wǎng)已建成，但由于受物理機(jī)制的限制，目前的量子密鑰分配僅適合于低速率、短距離的信號(hào)傳輸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速、長(zhǎng)距離的一次一密密碼本的密鑰分配。關(guān)于光混沌保密通信的諸多研究已經(jīng)取得了部分的研究成果，但是這些研究成果大多是在理論層面或者環(huán)境較為理想的實(shí)驗(yàn)條件下得到的。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，雙方混沌系統(tǒng)的參數(shù)差異，尚需要解決參數(shù)失配、噪聲干擾，混沌系統(tǒng)信息泄露安全性等問題。0CDMA通信已實(shí)現(xiàn)了多個(gè)場(chǎng)地實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)速率可達(dá)10Gbit/s-40Gbit/s，傳輸距離可達(dá)150 km，技術(shù)較成熟，實(shí)用化程度較高，是現(xiàn)時(shí)解決光纖通信系統(tǒng)物理層傳輸安全問題的有效的優(yōu)化方案。
[0008]光碼分多址(OpticalCode Divis1n Multiple Access，0CDMA)技術(shù)具有系統(tǒng)容量大、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，在0CDMA系統(tǒng)中，所有用戶共同占用同一信道的相同頻段和時(shí)間段，不同用戶傳遞信息所用的信號(hào)是靠不同的編碼序列來(lái)區(qū)分，即每個(gè)用戶都分配一個(gè)不同的偽隨機(jī)序列(用戶地址碼)。在發(fā)送端，根據(jù)對(duì)應(yīng)的地址碼，用戶的每個(gè)信息比特編碼成一串信號(hào)。在接收端，根據(jù)碼字的相關(guān)運(yùn)算進(jìn)行解碼。只有當(dāng)發(fā)送端與接收端地址碼相互匹配時(shí)，接受端才能正確解碼，從而正確恢復(fù)該用戶的輸入比特信息。反之，當(dāng)發(fā)送端與接收端地址碼不匹配時(shí)，接受端的解碼器輸出是一個(gè)隨機(jī)高斯噪聲，因而不能恢復(fù)該用戶的輸入比特信息。因而光CDMA系統(tǒng)在光域上進(jìn)行編碼和解碼，可以提高其安全性，起到光層物理層的防護(hù)作用。
[0009]利用光碼分多址技術(shù)解決網(wǎng)絡(luò)安全問題，有三種不同的深度:
[0010]1.對(duì)常規(guī)截獲手段的竊者
[0011]竊取者不具有匹配解碼器，不能在光信息傳輸過程中截取用戶信息，采用固定光編解碼器技術(shù)即可對(duì)光層進(jìn)行有效防護(hù)，系統(tǒng)的安全性和碼字的安全性有關(guān)。碼字的碼型、長(zhǎng)度、碼重、碼字容量都對(duì)0CDMA安全性有影響。對(duì)于相干0CDMA系統(tǒng)采用的雙極性碼，除提高碼長(zhǎng)外，需要重點(diǎn)研究碼型和碼字容量，進(jìn)一步提高安全性。從碼型的角度，應(yīng)使每個(gè)用戶的地址碼盡量相似，而且在時(shí)域和頻域都是偽隨機(jī)的光脈沖信號(hào)。從碼字容量的角度，在相同碼長(zhǎng)的條件下，在系統(tǒng)要求的自相關(guān)和互相關(guān)限制條件下，進(jìn)一步增加碼字容量。對(duì)于非相干0CDMA系統(tǒng)采用的單極性碼，碼型、長(zhǎng)度、碼重、碼字容量都對(duì)系統(tǒng)的安全性有影響。一般說來(lái)，所選擇的碼字，其性能好、碼長(zhǎng)度長(zhǎng)、碼字容量大，增加了分析難度，被認(rèn)為安全性好。
[0012]但這種方法有局限性，隨著計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，分析的速度加快，特別對(duì)現(xiàn)存的直接檢測(cè)的通斷鍵控(00K，0n-0ff Keying)的光纖通信系統(tǒng)，僅靠增加碼長(zhǎng)、碼容量，并不能解決光CDMA系統(tǒng)的安全性問題。因?yàn)樵?0K體制下，無(wú)論何種碼，只要用能量探測(cè)器即可獲取用戶信息。
[0013]2.對(duì)具有特殊探測(cè)手段的竊聽者
[0014]當(dāng)竊聽者擁有能量探測(cè)器或頻譜檢測(cè)儀時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)00K體制的固定光編解碼系統(tǒng)的竊聽。在對(duì)這種情況下，為確保系統(tǒng)的安全性，采用碼變換的安全性策略，如“十一五”期間所研究的靜態(tài)可調(diào)可控碼變換方法，利用控制系統(tǒng)控制光開關(guān)對(duì)一定數(shù)量的具有不同碼字的光編解碼器進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)碼字變換，起到防截獲的目的。盡管我們從安全性加固策略，對(duì)碼字變換順序、變換時(shí)間間隔分別設(shè)置了4個(gè)級(jí)別，最高級(jí)別是碼字變換順序設(shè)置為“隨機(jī)”變換，且時(shí)間間隔變換設(shè)置為“隨機(jī)”變換，使竊聽者永遠(yuǎn)不能捕捉到用戶信息，可以保護(hù)光層安全。
[0015]但這種方法在“特殊情況”下也存在局限，這“特殊情況”指的是如果匹配解碼器“被盜”或“丟失”的極端情況，此時(shí)也不能確保系統(tǒng)的安全。
[0016]3.對(duì)匹配解碼器“被盜”或“丟失”的極端情況
[0017]針對(duì)這種極端情況，必需使用不怕“丟失”的光編解碼器，即使竊聽者竊取到光編解碼器，也不能截獲信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編解碼系統(tǒng)，包括依次相連的窄脈沖光發(fā)射機(jī)、動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器、動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器、窄脈沖光接收機(jī)，該動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編解碼系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)分別與所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器和所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器相連；
[0019]所述窄脈沖光發(fā)射機(jī)產(chǎn)生攜帶用戶信息的窄脈沖光序列和產(chǎn)生1個(gè)比特時(shí)延N分之一脈寬的碼片光脈沖，N為所選用碼的碼長(zhǎng)；
[0020]所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器對(duì)攜帶用戶信息的窄脈沖光序列進(jìn)行光編碼變換，在控制系統(tǒng)操控下，編碼的碼字能夠變化，在控制系統(tǒng)的控制下動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器能夠?qū)崿F(xiàn)其碼字的動(dòng)態(tài)重構(gòu)；
[0021]所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器在控制系統(tǒng)操控下，對(duì)光編碼變換信號(hào)進(jìn)行匹配解碼，恢復(fù)出光編碼前的攜帶用戶信息的窄脈沖光序列；
[0022]所述窄脈沖光接收機(jī)將光解碼后的攜帶用戶信息的窄脈沖光序列進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，變?yōu)檎}沖電信號(hào)，并將此歸零信號(hào)變?yōu)榉菤w零信號(hào)，再進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，恢復(fù)原光信號(hào)。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制系統(tǒng)設(shè)置安全策略，給出相應(yīng)變化規(guī)律的碼字，并向所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器和所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器分別給出實(shí)現(xiàn)此碼字的控制指令。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述窄脈沖光發(fā)射機(jī)包括窄脈沖光源模塊、光調(diào)制器、光信號(hào)處理模塊、和放大驅(qū)動(dòng)器，所述窄脈沖光源模塊與所述光調(diào)制器相連，所述放大驅(qū)動(dòng)器輸入端與所述光信號(hào)處理模塊相連，所述放大驅(qū)動(dòng)器輸出端與所述光調(diào)制器相連。
[0025]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述窄脈沖光源模塊包括增益開關(guān)半導(dǎo)體激光器、超快光纖激光器、超連譜激光器。
[0026]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器的碼字的變化和動(dòng)態(tài)重構(gòu)與所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器是同步的，所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器與所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器的碼字是相匹配的，并在同步變化和動(dòng)態(tài)重構(gòu)過程中始終保持是相匹配的。
[0027]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器包括一維時(shí)域、頻域的編碼、以及二維時(shí)頻域編碼，所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器包括一維時(shí)域、頻域的解碼、以及二維時(shí)頻域解碼，。
[0028]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器和動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器的碼字包括雙極性碼的m序列和Gold序列、單極性碼的光正交碼、素?cái)?shù)碼、代數(shù)同余碼。
[0029]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器包括依次相連的光電探測(cè)器、窄脈沖時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊、和電信號(hào)處理模塊。
[0030]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器和所述動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)包括超結(jié)構(gòu)光纖光柵、光纖光柵陣列、光延時(shí)線、可調(diào)光延時(shí)線、波導(dǎo)光柵陣列、波長(zhǎng)選擇開關(guān)。
[0031]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)安全性級(jí)別，配置碼字及其動(dòng)態(tài)變化程序，并給出碼字與動(dòng)態(tài)重構(gòu)光編碼/解碼器的物理參數(shù)之間的關(guān)系的計(jì)算機(jī)程序，作為控制指令，控制動(dòng)態(tài)重構(gòu)光編碼/解碼器的物理參數(shù)，使其呈現(xiàn)出按需要求實(shí)現(xiàn)的碼字，并實(shí)時(shí)的在計(jì)算機(jī)可視化界面上顯示和操控。
[0032]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過基于系統(tǒng)安全性策略的控制系統(tǒng)來(lái)操控動(dòng)態(tài)重構(gòu)光編碼器和動(dòng)態(tài)重構(gòu)光解碼器，使其實(shí)現(xiàn)碼字的變化和重構(gòu)，以及精確的編碼和匹配解碼，從而解決了現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在物理層安全方面存在的被竊聽的問題，使光信號(hào)安全傳輸。本發(fā)明可應(yīng)用于光核心網(wǎng)和接入網(wǎng)，以及企業(yè)網(wǎng)等各種光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，滿足光網(wǎng)絡(luò)物理層安全的需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編解碼系統(tǒng)的組成示意圖。
[0034]圖2是本發(fā)明的窄脈沖光發(fā)射機(jī)組成示意圖。
[0035]圖3是本發(fā)明的窄脈沖光接收機(jī)示意圖。
[0036]圖4是本發(fā)明的控制系統(tǒng)登陸頁(yè)面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編解碼系統(tǒng)，包括依次相連的窄脈沖光發(fā)射機(jī)、動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編碼器、動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光解碼器、窄脈沖光接收機(jī)，該動(dòng)態(tài)碼重構(gòu)光編解碼系統(tǒng)還包括控