[发明专利]一种基于偏振复用的混沌保密通信装置、方法及应用

说明书

本发明属于光学保密通信和光信号处理技术领域，公开了一种基于偏振复用的混沌保密通信装置、方法及应用，包括用于生成模拟混沌序列和加密信息，利用所述模拟混沌序列和另一由数学公式产生的数字混沌序列在数字域对信息进行相位置乱实现信息加密，并通过所述偏振合束器实现模拟混沌信号和加密信号的偏振复用的信号发生模块，用于传输模拟混沌信号和加密信号，并对传输过程中的色散损伤进行补偿的光纤传输链路，用于将接收的光信号分成两束，并将两束光信号转换为模拟混沌同步序列和电信号，对加密信息进行离线解密得到传输信息的信号接收模块。本发明的结构高集成度，采用模拟和数字混沌混合加密的方式，利用两者之间的相互掩盖有效提升了安全性。

技术领域

本发明属于光学保密通信和光信号处理技术领域，尤其涉及一种基于偏振复用的混沌保密通信装置、方法及应用。

背景技术

目前，光纤通信系统具有传输损耗低、传输频带宽等优点，承载了世界上90％以上的数据交换。然而，光纤通信的安全性受到了光纤窃听技术的威胁。光混沌系统具有动态复杂度高、带宽大等独特优势，是满足物理层安全需求的有效途径，近几年来受到了广泛关注。为了适应光通信网络的大容量需求，光混沌系统的传输速率需要进一步提高。

波分复用(WDM)技术是提升混沌保密通信速率的重要方式。WDM可以使得同一光纤中同时传输两个或两个以上不同波长的光载波，不同波长的光载波各自搭载不同的信息，从而实现系统通信容量的扩展。利用WDM，目前已实现了4×12.5Gb/s的信息在50公里光纤上的安全传输，参见文献J.Lightwave Technol,VOL.39,NO.8,P.2288,2021。

为了进一步提升单波安全传输速率，采用高阶调制格式和相干检测是一种有效的方法。目前基于深度学习模型的混沌保密通信方案已实现了30Gb/s QPSK信号在340公里光纤上的安全传输，参见文献Opt.Lett,Vol.47,No.11,P.2650,2022。

然而上述方案均采用了硬件光学模拟加密的方法。受限于模拟组件的物理参数范围，其密钥空间相对较小。不仅如此，此方案还采用了非线性电光延迟反馈回路实现混沌信号的发生，其反馈回路延迟时间作为关键密钥之一，很容易通过统计方法获得，系统安全性有待提高。另一方面，数字域加密的方法具有更大的密钥空间。然而目前数字信号处理设备的计算速度不能满足高速光纤传输场景下的一次一密的需求，因此数字域加密方法大多使用周期短的密钥流，这会导致系统存在安全漏洞。因此将数字和模拟加密机制相结合，利用两者间的相互掩盖提升系统安全性，实现高单波传输速率的混沌保密通信通信是十分必要的。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)为适应光通信网络的大容量需求，现有混沌保密通信系统的传输速率需要进一步提升。

(2)现有的硬件光学模拟加密方法受限于模拟组件的物理参数范围，其密钥空间相对较小，且存在着延迟时间特征问题，系统安全性有待提高。另一方面，数字域加密方法需使用周期短的密钥流，导致系统存在安全漏洞。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于偏振复用的混沌保密通信装置、方法及应用。

本发明是这样实现的，一种基于偏振复用的混沌保密通信装置，包括：

信号发生模块，用于模拟混沌序列和加密信息的产生，利用所述模拟混沌序列和另一由数学公式产生的数字混沌序列在数字域对信息进行相位置乱实现信息加密，并通过所述偏振合束器实现模拟混沌信号和加密信号的偏振复用；

光纤传输链路，用于传输模拟混沌信号和加密信号，并对传输过程中的色散损伤进行补偿；

信号接收模块，用于将接收的光信号分成两束，并将两束光信号分别转换为模拟混沌同步序列和电信号，对加密信息进行离线解密得到传输信息。