CN108667596A - 具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，包括发射端和接收端，所述接收端与发射端连接，其特征在于，所述发射端包括激光器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一马赫增德尔调制器和第一耦合器，所述发射端包括激光器、第一相位调制器、第一马赫增德尔调制器、第一耦合器、第二相位调制器依次连接，所述第二相位调制器与所述第一马赫增德尔调制器连接，所述第一耦合器与所述发射端连接；所述第二相位调制器设有数字密钥。本系统解决了混沌通信过程中的信息保密问题。

Description

具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统
技术领域
本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统。
背景技术
光混沌系统，是利用光线结合混沌通信的一种技术，因其具有极大的带宽和较低的衰减，且动力学系统非常复杂，抗截获能力强，保密性能更好，而被应用于通信中，对光混沌保密通信系统的研究具有极高的应用前景和相应的应用价值。混沌现象，是在非线性系统中出现的一种确定的、随机的、有界但不收敛的过程的行为，混沌系统表现出许多性质，例如宽带数字噪声、对初始条件敏感使得它很难利用任意混沌接收机同步到混沌信号，因此怎样实现混沌同步实现是混沌安全通信的关键。
在整个混沌通信的传输过程中，信息的保密性就显的尤为重要，只有将信息尤其是将发射端的参数进行隐藏，才能保证信息不被窃听，使得他人无法重构发射端的混沌动力学，保证了通信的安全。通信安全在保密通信、神经网络、生物学和经济学研究上都有重要意义，在信号处理、医学诊断、复杂经济系统有极大的潜在应用价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决混沌通信过程中的信息保密问题，提供了一种具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，包括发射端和接收端，所述接收端与发射端连接，其特征在于，所述发射端包括激光器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一马赫增德尔调制器和第一耦合器，所述发射端包括激光器、第一相位调制器、第一马赫增德尔调制器、第一耦合器、第二相位调制器依次连接，所述第二相位调制器与所述第一马赫增德尔调制器连接，所述第一耦合器与所述接收端连接；所述第二相位调制器设有数字密钥。
优选的，所述发射端还包括第二马赫增德尔调制器、第一延迟器、第二耦合器、第二光电检测器和第二电放大器，所述第二相位调制器、第二马赫增德尔调制器、第一延迟器、第二耦合器、第二光电检测器、第二电放大器依次连接。
优选的，所述发射端还包括第一电放大器、第一光电检测器、第一延迟线、第一慢光反射光栅，所述第一马赫增德尔调制器、第一电放大器、第一光电检测器、第一延迟线、第一慢光反射光栅、第二耦合器依次连接。
优选的，还包括光纤链路、色散补偿光纤，所述第一耦合器、光纤链路、色散补偿光纤、接收端依次连接。
优选的，所述接收端包括第三耦合器、第三相位调制器，所述色散补偿光纤、第三耦合器、第三相位调制器依次连接，所述第三相位调制器设有数字密钥。
优选的，所述接收端还包括光放大器、第三光电检测器、第三电放大器、差分运算放大器、第五电放大器、第五光电检测器、第二慢光反射光栅、第二延迟线、第四耦合器、第三马赫增德尔调制器，所述第三耦合器、光放大器、第三光电检测器、第三电放大器、差分运算放大器、第五电放大器、第五光电检测器、第二慢光反射光栅、第二延迟线、第四耦合器、第三马赫增德尔调制器依次连接，所述第三马赫增德尔调制器与所述第三耦合器连接。
优选的，所述接收端还包括第二延迟器、第四光电检测器、第四电放大器，所述第四耦合器、第二延迟器、第四光电检测器、第四电放大器、第三马赫增德尔调制器依次连接。
优选的，所述发射端与接收端中功能相同的同一类型部件的参数也相同。
优选的，所述第一电放大器、第二电放大器、第三电放大器、第四电放大器和第五电
放大器的增益都为8dB；
或者，所述光放大器的增益30dB。
优选的，所述第一马赫增德尔调制器、第二马赫增德尔调制器和第三马赫增德尔调制器任意一个的半波电压为4.5V。
优选的，所述第一慢光反射光栅、第二慢光反射光栅的最大时延都为2ns。
优选的，所述激光器中谐振腔的时延为4.5纳秒。
优选的，所述第一光电检测器、第二光电检测器、第三光电检测器、第四光电检测器、第五光电检测器中任意一个检测器中的光电二极管的量子效率0.8。
本发明的特点在于：在发射端，激光器本身不产生混沌载频，而是产生连续波，信息调制连续波的相位，将这种已调波送入到马赫-增德尔调制器，从干涉仪输出的光信号分作两路，一路通过一个耦合器再由光纤送到接收端，一路经过延迟时间线环路，通过光电检测器变成电信号，经过RF(射频)放大，反馈到马赫-增德尔干涉仪，在这个光电反馈环中产生混沌信号，同时信号在环路中经过了延迟线、延迟器、慢光反射光栅等，产生了一定的延迟，外环实现对混沌信号进行数字秘钥加密。在接收端，信号也由一个耦合器分成两路，一路经过光电检测器变成电信号，一路到接收端与发射端同步信号，在同步的环路中，信号也经过了与发射端相同的延迟线、延迟器、慢光反射光栅等，根据混沌的鲁棒性产生混沌同步信号，然后通过光电检测器变成电信号，再与之前检测的信号由一个差分运算放大器相减，即可解调出传输的信息。
附图说明
图1为具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统的结构示意图；
图2为时间延迟隐藏的说明图；
图3为输入与解码信息图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
实施例1
如图1所示，本实施例1公开了一种具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，包括相互连接的接收端与发射端，系统包括激光器1、第一相位调制器2-1、第二相位调制器2-2和第三相位调制器2-3，第一马赫增德尔调制器3-1、第二马赫增德尔调制器3-2和第三马赫增德尔调制器3-3，第一耦合器4-1、第二耦合器4-2、第三耦合器4-3和第四耦合器4-4，第一电放大器5-1、第二电放大器5-2、第三电放大器5-3、第四电放大器5-4和第五电放大器5-5，第一光电检测器6-1、第二光电检测器6-2、第三光电检测器6-3、第四光电检测器6-4和第五光电检测器6-5，第一延迟线7-1和第二延迟线7-2，第一慢光反射光栅8-1和第二慢光反射光栅8-2，第一延迟器9-1和第二延迟器9-2，光纤链路10，色散补偿光纤11，光放大器12，差分运算放大器13。
上述系统具体的连接关系为发射端的激光器1和第一相位调制器2-1的第一端口a1连接，第一相位调制器2-1的第二端口a2与第一马赫增德尔调制器3-1的第一端口b1连接，第一马赫曾德尔调制器3-1的第二端口b2与第一耦合器4-1的第一端口c1连接，第一耦合器4-1的第二端口c2与第二相位调制器2-2的第一端口a3连接，第二相位调制器2-2的第二端口a4与第二马赫增德尔调制器3-2的第一端口b4连接，第二马赫增德尔调制器3-2的第二端口b5与第一延迟器9-1的第一端口h1连接，第一延迟器9-1的第二端口h2与第二耦合器4-2的第三端口c6连接，第二马赫增德尔调制器3-2的第三端口b6与第二电放大器5-2的第一端口d3连接，第二电放大器5-2的第二端口d4与第二光电检测器6-2的第一端口e3连接，第二光电检测器6-2的第二端口e4与第二耦合器4-2的第二端口c5连接，第二耦合器4-2的第一端口c4与第一慢光反射光栅8-1的第二端口g2连接，第一慢光反射光栅8-1的第一端口g1与第一延迟线7-1的第二端口f2连接，第一延迟线7-1的第一端口f1与第一光电检测器6-1的第二端口e2连接，第一光电检测器6-1的第一端口e1与第一电放大器5-1的第二端口d2连接，第一电放大器5-1的第一端口d1与第一马赫增德尔调制器3-1的第三端口b3连接，第一耦合器4-1的第三端口c3与光纤链路10的第一端口i1连接，光纤链路10的第二端口i2与色散补偿光纤11的第一端口j1连接，色散补偿光纤11的第二端口j2与第三耦合器4-3的第一端口c7连接，第三耦合器4-3的第二端口c8与光放大器12的第一端口k1连接，光放大器12的第二端口k2与第三光电检测器6-3的第一端口e5连接，第三光电检测器6-3的第二端口e6与第三电放大器5-3的第一端口d5连接，第三电放大器5-3的第二端口d6与差分运放大器13的第一端口l1连接，差分运算放大器13的第二端口l2与第五电放大器5-5的第一端口d9连接，第五电放大器5-5的第二端口d10与第五光电检测器6-5的第二端口e10连接，第五光电检测器6-5的第一端口e9与第二慢光反射光栅8-2的第二端口g4连接，第二慢光反射光栅8-2的第一端口g3与第二延迟线7-2的第二端口f4连接，第二延迟线7-2的第一端口f3与第三相位调制器2-3的第二端口a6连接，第三相位调制器2-3的第一端口a5与第四耦合器4-4的第三端口c12连接，第四耦合器4-4的第一端口c10与第三马赫增德尔调制器3-3的第二端口b8连接，第三马赫增德尔调制器3-3的第一端口b7与第三耦合器4-3的第三端口c9连接，第三马赫增德尔调制器3-3的第三端口b9与第四电放大器5-4的第一端口d7连接，第四电放大器5-4的第二端口d8与第四光电检测器6-4的第一端口e7连接，第四光电检测器6-4的第二端口e8与第二延迟器9-2的第一端口h3连接，第二延迟器9-2的第二端口h4与第四耦合器4-4的第二端口c11连接。
本实施例公开的具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统中，其隐藏时间延迟签名的方法原理为：选择内环延迟的器件的时延，将混沌系统参数延迟时间隐藏在混沌时间序列中，使得窃听者不能用数学方法侦察到延迟时间签名，从而无法重构系统的混沌动力学，实现保密通信。
采用本实施例的混沌保密通信系统实现通信的过程如下：
1、信息调制激光器输出的连续波的相位，将这种已调波送入到马赫-增德尔调制器，从干涉仪输出的光信号分作两路，一路通过一个耦合器再由光纤送到接收端；
2、另一路经过延迟时间线环路，通过光电检测器变成电信号，经过RF(射频)放大，反馈到马赫-增德尔干涉仪，在这个光电反馈环中产生混沌信号，同时信号在环路中经过了延迟线、延迟器、慢光反射光栅等，产生了一定的延迟，外环实现对混沌信号进行数字秘钥加密；
3、在接收端信号也由一个耦合器分成两路，一路经过光电检测器变成电信号；
另一路到接收端与发射端同步信号，在同步的环路中，信号也经过了与发射端相同的延迟线、延迟器、慢光反射光栅等，根据混沌的鲁棒性产生混沌同步信号，然后通过光电检测器变成电信号
4、与之前检测的信号由一个差分运算放大器相减，即可解调出传输的信息。
图2所示为时间延迟隐藏的说明图，根据输出信息的时间序列，求出输出信息之间的自相关，如果有多个峰值，那么那个峰值之间的查即为延迟时间，如果只有一个峰值，那么时间得到隐藏。图中中有一个峰值，所以延迟时间被隐藏。
以上为本发明的优选实施方式，并不限定本发明的保护范围，对于本领域技术人员根据本发明的设计思路做出的变形及改进，都应当视为本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，包括发射端和接收端，所述接收端与发射端连接，其特征在于，所述发射端包括激光器(1)、第一相位调制器(2-1)、第二相位调制器(2-2)、第一马赫增德尔调制器(3-1)和第一耦合器(4-1)，所述发射端包括激光器(1)、第一相位调制器(2-1)、第一马赫增德尔调制器(3-1)、第一耦合器(4-1)、第二相位调制器(2-2)依次连接，所述第二相位调制器(2-2)与所述第一马赫增德尔调制器(3-1)连接，所述第一耦合器(4-1)与所述接收端连接；所述第二相位调制器(2-2)设有数字密钥。
2.根据权利要求1所述的具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，其特征在于，所述发射端还包括第二马赫增德尔调制器(3-2)、第一延迟器(9-1)、第二耦合器(4-2)、第二光电检测器(6-2)和第二电放大器(5-2)，所述第二相位调制器(2-2)、第二马赫增德尔调制器(3-2)、第一延迟器(9-1)、第二耦合器(4-2)、第二光电检测器(6-2)、第二电放大器(5-2)依次连接。
3.根据权利要求2所述的具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，其特征在于，所述发射端还包括第一电放大器(5-1)、第一光电检测器(6-1)、第一延迟线(7-1)、第一慢光反射光栅(8-1)，所述第一马赫增德尔调制器(3-1)、第一电放大器(5-1)、第一光电检测器(6-1)、第一延迟线(7-1)、第一慢光反射光栅(8-1)、第二耦合器(4-2)依次连接。
4.根据权利要求1-3任一所述的具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，其特征在于，还包括光纤链路10、色散补偿光纤11，所述第一耦合器(4-1)、光纤链路10、色散补偿光纤11、接收端依次连接。
5.根据权利要求4所述的具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，其特征在于，所述接收端包括第三耦合器(4-3)、第三相位调制器(2-3)，所述色散补偿光纤11、第三耦合器(4-3)、第三相位调制器(2-3)依次连接，所述第三相位调制器(2-3)设有数字密钥。
6.根据权利要求5所述的具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，其特征在于，所述接收端还包括光放大器12、第三光电检测器(6-3)、第三电放大器(5-3)、差分运算放大器13、第五电放大器(5-5)、第五光电检测器(6-5)、第二慢光反射光栅(8-2)、第二延迟线(7-2)、第四耦合器(4-4)、第三马赫增德尔调制器(3-3)，所述第三耦合器(4-3)、光放大器12、第三光电检测器(6-3)、第三电放大器(5-3)、差分运算放大器13、第五电放大器(5-5)、第五光电检测器(6-5)、第二慢光反射光栅(8-2)、第二延迟线(7-2)、第四耦合器(4-4)、第三马赫增德尔调制器(3-3)依次连接，所述第三马赫增德尔调制器(3-3)与所述第三耦合器(4-3)连接。
7.根据权利要求6所述的具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，其特征在于，所述接收端还包括第二延迟器(9-2)、第四光电检测器(6-4)、第四电放大器(5-4)，所述第四耦合器(4-4)、第二延迟器(9-2)、第四光电检测器(6-4)、第四电放大器(5-4)、第三马赫增德尔调制器(3-3)依次连接。
8.根据权利要求7所述的具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，其特征在于，所述发射端与接收端中功能相同的部件其参数设置也相同。
9.根据权利要求7或8所述的具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，其特征在于，所述第一电放大器(5-1)、第二电放大器(5-2)、第三电放大器(5-3)、第四电放大器(5-4)和第五电放大器(5-5)的增益都为8dB；
或者，所述光放大器12的增益30dB。
10.根据权利要求7或8所述的具有数字秘钥的时延签名隐藏电光反馈的混沌保密通信系统，其特征在于，所述第一马赫增德尔调制器(3-1)、第二马赫增德尔调制器(3-2)和第三马赫增德尔调制器(3-3)任意一个的半波电压为4.5V；
或者，所述第一慢光反射光栅(8-1)、第二慢光反射光栅(8-2)的最大时延都为2ns；
或者，所述激光器1中谐振腔的时延为4.5纳秒；
或者，所述第一光电检测器(6-1)、第二光电检测器(6-2)、第三光电检测器(6-3)、第四光电检测器(6-4)、第五光电检测器(6-5)中任意一个检测器中的光电二极管的量子效率0.8。
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