CN104065422A - 一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法，通过一维logistic映射(混沌映射)得到导频副载波及前同步码的噪声信号即M+1个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M,n_M+1、以及导频副载波的分布；根据导频副载波的分布进而得到N×N交换矩阵M_sw。加密过程中，通过交换矩阵M_sw将原始信号及噪声信号交换，使得原始信号中不仅插入了噪声信号，而且改变了原始信号的分布；在接收端，加载了噪声信号的前同步码及导频副载波采用发送端相反的方法，将原始信号恢复。本发明在加密过程当中，在有用信号中随机的加入了用于信号恢复的噪声信号，并将原有用信号本身进行了扰乱和重组，没有密钥的话，非法入侵者亦不能从加密信号中获取所有的有用信息。

Description

一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法

技术领域

本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法。

背景技术

光OFDM无源光网络已经被广泛的研究，并作为下一代的宽带接入网候选技术，因为这种调制技术具有高的频谱利用率，对于光纤色散的强鲁棒性，以及非常灵活的动态带宽分配的优点。考虑到终端用户的数量飞快增长，这些用户不得不共享有限的带宽，因此在接入网中，通信的隐秘性，私有性，安全性的缺乏已经成为现在通信安全的主要问题之一。

当前各种各样的加密技术已经被提出用来提高通信数据的安全性和完整性，并且信息认证已经成为接入网中常用方法，用来阻止非法用户的侵入。大多数在物理子层上的数据加密方法是集中于对二进制数据采用异或操作进行加密，然而，这些安全方法仅仅考虑了对数据帧进行加密，而帧头及MAC地址都是不受保护的，这会使得非法用户很容易的辨别出通信用户的MAC地址等相关信息，使得通信信息安全不可避免地出现了漏洞。针对这一漏洞，物理层加密技术被提出，并受到了国内外学者的广泛关注。

近来，由于混沌通信技术产生的混沌信号具有类似噪声信号的特点，并对于变量和参数的变化十分敏感，物理层的混沌通信技术得到了国内外学者的广泛研究。例如2011年，在文献[L.Zhang,X.Xin,B.Liu,and Y.Wang,“SecureOFDM-PON based on chaos scrambling,”IEEE Photon.Technol.Lett.,23(14),pp.998–1000,2011]中提出的加密方案是基于介质访问控制层、利用交织进行的，但是由于加密方案的混沌同步的精准性特别高，进而需要高成本的加密解密电路，增加了OFDM PON的成本，方案无法广泛普及。在2013年11月20日公布的、申请公布号为CN10341674A、名称为“一种宽带接入网的加密方法”中提出的方案是在副载波中选取部分副载波用于噪声加载，该方法仅仅采用传统信号恢复算法，噪声产生使用PRBS，在接收端直接去除，不用于任何信号恢复，且仅仅加入噪声改变原信号，即在原信号中插入了噪声，直接去除噪声后就能得到原信号，故原信号的分布是没有进行处理的，安全性有待进一步的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法，通过交换矩阵将原始信号和噪声信号交换，使原始信号中不仅插入了噪声信号，而且改变原始信号的分布，加载了噪声信号的前同步码及导频副载波用于信号恢复，从而提高了信号传输的安全性。

为实现上述发明目的，本发明一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、构建一个密钥，密钥包括混沌序列初始值x₀以及M+2个整数a₁,a₂,…,a_M+1,a_M+2，其中，混沌序列初始值x₀为大于0而小于1的数；

构建一个噪声映射表，将(0,1)等分为N个子区域，依次从小到大，编号为1,2,..,N，N为OFDM信号的副载波数，每个子区域对应一个比特数为n的噪声比特；

(2)、在发送端，将密钥中的混沌序列初始值x₀作为一维logistic映射：x_t＝rx_t-1(1-x_t-1)的初始值进行迭代，得到一个混沌序列，其中分岔参数r∈(0,4)，t为迭代次数；

2.1)、将密钥中的前M+1个整数a₁,a₂,…,a_M+1分别作为子序列在混沌序列中的起始位置，选取M+1个子序列：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_1=[x_{a_1},x_{a_1+1},...x_{a_1+w}]\\ X_2=[x_{a_2},x_{a_2+1},...x_{a_2+w}]\\ \·\\ \·\\ X_M=[x_{a_M},x_{a_M+1},...x_{a_M+w-1}]\\ X_{M+1}=[x_{a_{M+1}},x_{a_{M+1}+1},...x_{a_{M+1}+p-1}]\end{array}\right.,$ 其中 $\left\{\begin{array}{c}w=\frac{T\×{\log }_2\left(m\right)}{n}\\ p=\frac{U\×{\log }_2\left(m\right)}{n}\end{array}\right.$

其中，下标w和p代表子序列的长度，T和U分别代表OFDM信号数据帧和前同步码中的OFDM符号总数，m是QAM映射的阶数；

对于前M+1个子序列X₁,X₂,…,X_M,X_M+1，根据每个子序列中每个元素在噪声映射表中所在的子区域，选取对应的噪声比特即将每个子序列中的元素替换为噪声映射表中该元素所在子区域对应的噪声比特，得到M+1个噪声比特序列，然后分别进行正交振幅调制，得到M+1个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M,n_M+1，其中，第M+1个噪声QAM符号作为OFDM调制的前同步码；

2.2)、将密钥中的第M+2个整数a_M+2作为混沌序列中的起始位置，依次选取元素，并根据噪声映射表，转换为元素所在子区域的编号，选取前M个不同的编号b₁,b₂,…,b_M，并作为M个导频副载波分布；

从得到的噪声嵌入副载波分布，推导出N×N交换矩阵M_sw：根据选取出前M个不同的编号，依次对N×N单位矩阵进行变换，将N×N单位矩阵的b₁行交换到N-M+1行，将N×N单位矩阵的b₂行交换到N-M+2行，…，将N×N单位矩阵的b_M行交换到N行；

2.3)、将原始信号与噪声信号组成交换模块的输入信号S_in：

$S_{\mathrm{in}}={\left(\begin{array}{c}S\\ H\end{array}\right)}_{1\×N},\left\{\begin{array}{c}S={(c_1,c_2,...,c_{N-M})}^T\\ H={(n_1,n_2,...,n_M)}^T\end{array}\right.$

其中，c_i是QAM符号，即原始信号；n_i是噪声QAM符号，即噪声信号；上标元素T表示对给定的矩阵进行转置操作；

交换模块对输入信号S_in进行变换得到快速傅里叶逆变换的输入信号表示为：S_IFFT＝M_swS_in，从而将噪声信号交换到被选取的导频副载波的对应位置上，实现对原始信号的噪声辅助加密；

2.4)、将第M+1个噪声QAM符号n_M+1分为N个，并分别作为前同步码，组合到快速傅里叶变换输出的N路数据即数据帧中，构成OFDM帧；然后经过调制，得到加密的OFDM信号，并经过马赫曾德调制器调制光载波上，然后经过带通滤波，通过光纤发送到接收端；

(3)、在接收端，通过光探测器将光纤接收到的信号进行解调，得到加密的OFDM信号，经过解调，得到OFDM帧；

采用步骤(2)的方法获得与发送端相同的M+1个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M,n_M+1、N×N交换矩阵M_sw；

第M+1个噪声QAM符号n_M+1分为N个，并分别作为前同步码进行信道估计，然后将OFDM帧中的数据帧进行快速傅里叶变换，得到信号S_IFFT，然后，将N×N交换矩阵M_sw的逆矩阵与信号S_IFFT相乘，得到输入信号S_in，将输入信号S_in前N-M个QAM符号抽取出来，得到原始信号，从而完成信号的恢复；同时，将输入信号S_in后M个QAM符号抽取出来，并获得的M个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M进行比较，进行相位估计和相位恢复。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法，根据包括混沌序列初始值x₀以及M+2个整数a₁,a₂,…,a_M+1,a_M+2的密钥，通过一维logistic映射(混沌映射)得到导频副载波及前同步码的噪声信号即M+1个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M,n_M+1、以及导频副载波的分布；根据导频副载波的分布进而得到N×N交换矩阵M_sw。加密过程中，通过交换矩阵M_sw将原始信号及噪声信号交换，使得原始信号中不仅插入了噪声信号，而且改变了原始信号的分布；在接收端，加载了噪声信号的前同步码及导频副载波采用发送端相反的方法，将原始信号恢复。

本发明具有以下有益效果：

本发明混沌映射(logistic映射)产生不可预知的噪声数据，这些噪声数据是用来替代前同步码中的同步序列，并嵌入到一组由密钥所决定的位置不可预知的导频副载波当中，从而实现加密，并组成了整个用于信号恢复的信息。这些用于信号恢复的信息被加密而隐藏于所有的通信数据中，因此没有本发明构造的密钥，非法用户就不能得到用于信号恢复的信息。非法捕获的OFDM信号通过传统的信号恢复过程是不能正确的恢复的。进一步说，本发明在加密过程当中，在有用信号中随机的加入了用于信号恢复的噪声信号，并将原有用信号本身进行了扰乱和重组，因此即使非法入侵者通过一些特殊手段如背靠背检测，得到了正确的加密信号，没有密钥的话，非法入侵者亦不能从加密信号中获取所有的有用信息。

附图说明

图1是本发明宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法一种具体实施方式原理框图；

图2是OFDM信号的二维时域/频域分布结构图；

图3是物理层加强安全而直接检测OFDM PON的原理图；

图4是直接检测OFDM PON中合法ONU与非法ONU在使用信号恢复前、后的星座图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

为了方便描述，先对具体实施方式中出现的相关专业术语进行说明：

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)：正交频分复用；

PON(Passive Optical Network):无源光纤网络；

OLT(Optical Line Terminal):光线路终端；

ONU(Optical Network Unit):光网络单元；

PRBS(Pseudo Random Binary Sequence):伪随机序列；

QAM(Quadrature Amplitude Modulation):正交振幅调制；

MZM(Mach-Zehnder Modulator):马赫-曾德尔调制器；

EDFA(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier):掺铒光纤放大器；

图1是本发明宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法一种具体实施方式原理框图。

在本实施例中，如图1所示，本发明宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法，包括以下步骤：

S1)、构建一个密钥，密钥包括混沌序列初始值x₀以及M+2个整数a₁,a₂,…,a_M+1,a_M+2，其中，混沌序列初始值x₀为大于0而小于1的数，M+2个整数代表M+2个子序列在混沌序列的位置。在本实施例中，密钥还包括分岔系数r。

构建一个噪声映射表，将(0,1)等分为N个子区域，依次从小到大，编号为1,2,..,N，N为OFDM信号的副载波数，每个子区域对应一个比特数为n的噪声比特。

S2)、在发送端，将密钥中的混沌序列初始值x₀作为一维logistic映射即x_t＝rx_t-1(1-x_t-1)的初始值进行迭代，得到一个混沌序列，其中分岔参数r∈(0,4)，t为迭代次数

基于一维logistic映射不可预测的特性，即使初始值x0发生最小限度的改变，logistic映射能够迭代出一组复杂的不同的序列。

S2.1、将密钥中的前M+1个整数a₁,a₂,…,a_M+1分别作为子序列在混沌序列中的起始位置，选取M+1个子序列：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_1=[x_{a_1},x_{a_1+1},...x_{a_1+w}]\\ X_2=[x_{a_2},x_{a_2+1},...x_{a_2+w}]\\ \·\\ \·\\ X_M=[x_{a_M},x_{a_M+1},...x_{a_M+w-1}]\\ X_{M+1}=[x_{a_{M+1}},x_{a_{M+1}+1},...x_{a_{M+1}+p-1}]\end{array}\right.,$ 其中 $\left\{\begin{array}{c}w=\frac{T\×{\log }_2\left(m\right)}{n}\\ p=\frac{U\×{\log }_2\left(m\right)}{n}\end{array}\right.$

其中，下标w和p代表子序列的长度，T和U分别代表OFDM信号数据帧和前同步码中的OFDM符号总数，m是QAM映射的阶数。

如a₁＝10，则X₁＝[x₁₀,x₁₁,...x_10+w]。

对于前M+1个子序列X₁,X₂,…,X_M,X_M+1，根据每个子序列中每个元素在噪声映射表中所在的子区域，选取对应的噪声比特即将每个子序列中的元素替换为噪声映射表中该元素所在子区域对应的噪声比特，得到M+1个噪声比特序列，然后分别进行正交振幅调制，得到M+1个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M,n_M+1，其中，第M+1个噪声QAM符号作为OFDM调制的前同步码。

在本实施例中，如图1所示，如果一个子序列中的元素在(0,1/N]子区域，则选取对应的噪声比特即101..11，这样对一个子序列中的每个元素都这样进行映射，然后将对应的噪声比特替换该元素，得到一个噪声比特序列。

S2.2、将密钥中的第M+2个整数a_M+2作为混沌序列中的起始位置，依次选取元素，并根据噪声映射表，转换为元素所在子区域的编号，选取前M个不同的编号b₁,b₂,…,b_M，并作为M个导频副载波分布。

在本实施例中，如第i个元素的值落入第j个子区域((j-1)/N,j/N]，则该元素转换为j，同时，依次选取前M个不同的编号b₁,b₂,…,b_M，即选取时，如果一个编号前面已经有了，则丢弃，直到选出M个不同的编号，这样可以将M个导频副载波分配到不同的副载波上。

从得到的噪声嵌入副载波分布，推导出N×N交换矩阵M_sw：根据选取出前M个不同的编号，依次对N×N单位矩阵进行变换，将N×N单位矩阵的b₁行交换到N-M+1行，将N×N单位矩阵的b₂行交换到N-M+2行，…，将N×N单位矩阵的b_M行交换到N行。如b₁＝5，则将单位矩阵的第5行交换到N-M+1行，其它的依次类推。

S2.3、将原始信号与噪声信号组成交换模块的输入信号S_in：

$S_{\mathrm{in}}={\left(\begin{array}{c}S\\ H\end{array}\right)}_{1\×N},\left\{\begin{array}{c}S={(c_1,c_2,...,c_{N-M})}^T\\ H={(n_1,n_2,...,n_M)}^T\end{array}\right.$

其中，c_i是QAM符号，即原始信号；n_i是噪声QAM符号，即噪声信号；上标元素T表示对给定的矩阵进行转置操作；

交换模块对输入信号S_in进行变换得到快速傅里叶逆变换的输入信号表示为：S_IFFT＝M_swS_in，从而将噪声信号交换到被选取的导频副载波的对应位置上，实现对原始信号的噪声辅助加密。

S2.4、将第M+1个噪声QAM符号n_M+1分为N个，并分别作为前同步码，组合到快速傅里叶变换输出的N路数据即数据帧中，构成OFDM帧；然后经过调制，得到加密的OFDM信号，并经过马赫曾德调制器调制光载波上，然后经过带通滤波，通过光纤发送到接收端。构建OFDM帧以及后续的调制属于现有技术，在此不再赘述。

S3、在接收端，如图1所示，通过光探测器将光纤接收到的信号进行解调，得到加密的OFDM信号，经过解调，得到OFDM帧，这些属于现有技术，在此不再赘述。

如图1所示，采用步骤(2)的方法获得与发送端相同的M+1个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M,n_M+1、N×N交换矩阵M_sw，由于方法相同，在图1中没有详细画出相应的结构图，以保持图面的简洁。

第M+1个噪声QAM符号n_M+1分为N个，并分别作为前同步码进行信道估计，然后将OFDM帧中的数据帧进行快速傅里叶变换，得到信号S_IFFT，然后，将N×N交换矩阵M_sw的逆矩阵与信号S_IFFT相乘，得到输入信号S_in，将输入信号S_in前N-M个QAM符号抽取出来，得到原始信号，从而完成信号的恢复；同时，将输入信号S_in后M个QAM符号抽取出来，并获得的M个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M进行比较，进行相位估计和相位恢复。

图2是OFDM信号的二维时域/频域分布结构图。

如图2所示，在本实施例中，图2(a)是传统的OFDM信号的二维时域/频域分布结构图。N为OFDM信号副载波数，OFDM帧是由前同步码、数据及导频副载波组成，导频副载波用于相位估计，前同步码中相应的训练序列则用作OFDM符号同步和信道估计，OFDM频谱中导频副载波的分布是在均匀选择的，从而是均匀分布的，这种方式传输的OFDM信号通过传统的信号恢复方法就可以恢复出有用信号。

图2(b)，是本发明提出的OFDM信号的二维时域/频域分布结构。N为OFDM信号副载波数，OFDM帧是由前同步码、数据及导频副载波组成，导频副载波用于相位估计，前同步码中相应的训练序列则用作OFDM符号同步和信道估计。其中不可预知的噪声符号已经取代了前同步码中的训练符号及用于相位恢复的导频副载波符号，导频副载波的数量及分布是由密钥选择决定的，且导频副载波的数量及分布在不同的OFDM帧中是变化的。而在同一帧中，为了加强相位估计的精确性，噪声嵌入副载波即导频副载波的分布是不变的。

图3是物理层加强安全而直接检测OFDM PON的原理图。

在本实施例中，如图3所示，OFDM信号的加密/解密过程分别是通过相应的安全密钥及混沌映射得到噪声映射和噪声嵌入序列，然后进行OFDM调制/解调制。在发送端，采用三个安全的OFDM发射机结合三个互相独立的安全密钥来产生加密的OFDM信号；三个中心频率分别为193.10THz、193.11THz、193.12THz的激光器用来产生三个单边带光信号；通过马赫曾德调制器将加密的OFDM信号调制到光信号上，接着通过带通滤波器滤除掉不需要的光信号，送入多路复用器将三路调制有加密的OFDM信号的光信号复用到一起。然后送入标准单模光纤进行传输。在接收端，通过耦合器将路复用到一起的光信号分开成三路，经过掺铒光纤放大器将光信号放大，带通滤波器将无用信号滤除，光电探测器将光信号转换为电信号后进行信号恢复，通过噪声辅助的导频副载波用于相位估计和恢复以及前同步码用于OFDM符号同步和信道估计，至此信号得以恢复。

在本实施例中，由ONU产生的新的安全密钥；在此密钥被传送到OLT之前，必须用之前的密钥对新密钥进行加密，确保新密钥的信息安全，当OLT接收到新的密钥，会发送由新密钥加密的确认信息到ONU，ONU接收确认信息之后，新密钥就可以用来安全通信；不同数量的噪声嵌入副载波其对应的密钥长度也不同，从而极大地扩大了密钥空间。为了进一步加强通信的安全性，为每个ONU分配的噪声映射表可以是不同，而且可以是时变的；由于噪声比特和数据比特是用相同的QAM格式映射的，没有整个安全密钥和噪声映射表的话，攻击者从加密信号中回复出整个有用的信息是非常困难的；

图4是直接检测OFDM PON中合法ONU与非法ONU在使用信号恢复前、后的星座图。

在本实施例中，根据图3中调制有加密的OFDM光信号的中心频率分别为193.10THz、193.11THz、193.12THz，噪声比特和信号比特通过16-QAM(正交振幅调制)映射。调制有加密的OFDM信号到达接收端即信号恢复之前的星座图如图4第一行所示，由于ONU1的频率为193.10THz，而光纤的零色散点也是193.10THz，所以经过传输后ONU1的星座图依然能保持16-QAM的基本形状，对于ONU2、ONU3来说，其中心频率不在光纤的零色散点上，且离零色散点越远，传输过程中的色散越大，畸变越大，所以其星座图的形状会变化；通过非法ONU通过传统的信号恢复方法，进一步说就是不正确的信道/相位估计和补偿进行解密操作，得到的星座图如图4第二行所示，可以看到星座图完全无序的，根本无法恢复出有用信号；而合法的ONU通过正确的解密过程，即通过密钥及混沌模型得到正确的信号恢复信息，采取相应的信号恢复过程得到的如图4第三行所示，ONU1、ONU2、ONU3通过正确的解密及信号恢复过程其星座图都保持了16-QAM良好的形状，即信号得到了很好地恢复。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、构建一个密钥，密钥包括混沌序列初始值x₀以及M+2个整数a₁,a₂,…,a_M+1,a_M+2，其中，混沌序列初始值x₀为大于0而小于1的数；

构建一个噪声映射表，将(0,1)等分为N个子区域，依次从小到大，编号为1,2,..,N，每个子区域对应一个比特数为n的噪声比特；

(2)、在发送端，将密钥中的混沌序列初始值x₀作为一维logistic映射：x_t＝rx_t-1(1-x_t-1)的初始值进行迭代，得到一个混沌序列，其中分岔参数r∈(0,4)，t为迭代次数；

2.1)、将密钥中的前M+1个整数a₁,a₂,…,a_M+1分别作为子序列在混沌序列中的起始位置，选取M+1个子序列：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_1=[x_{a_1},x_{a_1+1},...x_{a_1+w}]\\ X_2=[x_{a_2},x_{a_2+1},...x_{a_2+w}]\\ \·\\ \·\\ X_M=[x_{a_M},x_{a_M+1},...x_{a_M+w-1}]\\ X_{M+1}=[x_{a_{M+1}},x_{a_{M+1}+1},...x_{a_{M+1}+p-1}]\end{array}\right.,$ 其中 $\left\{\begin{array}{c}w=\frac{T\×{\log }_2\left(m\right)}{n}\\ p=\frac{U\×{\log }_2\left(m\right)}{n}\end{array}\right.$

其中，下标w和p代表子序列的长度，T和U分别代表OFDM信号数据帧和前同步码中的OFDM符号总数，m是QAM映射的阶数；

对于前M+1个子序列X₁,X₂,…,X_M,X_M+1，根据每个子序列中每个元素在噪声映射表中所在的子区域，选取对应的噪声比特即将每个子序列中的元素替换为噪声映射表中该元素所在子区域对应的噪声比特，得到M+1个噪声比特序列，然后分别进行正交振幅调制，得到M+1个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M,n_M+1，其中，第M+1个噪声QAM符号作为OFDM调制的同步码；

2.2)、将密钥中的第M+2个整数a_M+2作为混沌序列中的起始位置，依次选取元素，并根据噪声映射表，转换为元素所在子区域的编号，选取前M个不同的编号b₁,b₂,…,b_M，并作为M个导频副载波分布；

从得到的噪声嵌入副载波分布，推导出N×N交换矩阵M_sw：根据选取出前M个不同的编号，依次对N×N单位矩阵进行变换，将N×N单位矩阵的b₁行交换到N-M+1行，将N×N单位矩阵的b₂行交换到N-M+2行，…，将N×N单位矩阵的b_M行交换到N行；

2.3)、将原始信号与噪声信号组成交换模块的输入信号S_in：

$S_{\mathrm{in}}={\left(\begin{array}{c}S\\ H\end{array}\right)}_{1\×N},\left\{\begin{array}{c}S={(c_1,c_2,...,c_{N-M})}^T\\ H={(n_1,n_2,...,n_M)}^T\end{array}\right.$

其中，c_i是QAM符号，即原始信号；n_i是噪声QAM符号，即噪声信号；上标元素T表示对给定的矩阵进行转置操作；

交换模块对输入信号S_in进行变换得到快速傅里叶逆变换的输入信号表示为：S_IFFT＝M_swS_in，从而将噪声信号交换到被选取的导频副载波的对应位置上，实现对原始信号的噪声辅助加密；

2.4)、将第M+1个噪声QAM符号n_M+1分为N个，并分别作为前同步码，组合到快速傅里叶变换输出的N路数据即数据帧中，构成OFDM帧；然后经过调制，得到加密的OFDM信号，并经过马赫曾德调制器调制光载波上，然后经过带通滤波，通过光纤发送到接收端；

(3)、在接收端，通过光探测器将光纤接收到的信号进行解调，得到加密的OFDM信号，经过解调，得到OFDM帧；

采用步骤(2)的方法获得与发送端相同的M+1个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M,n_M+1、N×N交换矩阵M_sw；

第M+1个噪声QAM符号n_M+1分为N个，并分别作为前同步码进行信道估计，然后将OFDM帧中的数据帧进行快速傅里叶变换，得到信号S_IFFT，然后，将N×N交换矩阵M_sw的逆矩阵与信号S_IFFT相乘，得到输入信号S_in，将输入信号S_in前N-M个QAM符号抽取出来，得到原始信号，从而完成信号的恢复；同时，将输入信号S_in后M个QAM符号抽取出来，并获得的M个噪声QAM符号n₁,n₂,…,n_M进行比较，进行相位估计和相位恢复。

2.根据权利要求1所述的宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法，其特征在于，所述密钥的更新方式为：由ONU产生的新的安全密钥；在此密钥被传送到OLT之前，必须用之前的密钥对新密钥进行加密，确保新密钥的信息安全，当OLT接收到新的密钥，会发送由新密钥加密的确认信息到ONU，ONU接收确认信息之后，新密钥就可以用来安全通信。