CN112751666A - 安全通信系统及信息传输方法 - Google Patents

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Abstract

一种安全通信系统及信息传输方法，系统包括：至少两个宿主端，每一宿主端设有依次连接的可编程串行信息收发器、碎片化处理模块及可编程串行收发器，其中，可编程串行收发器用于对宿主信号进行串并转换，碎片化处理模块用于对宿主信号进行逐比特随机粉碎处理或逐比特合并处理；至少两个隐藏端，每一隐藏端设有依次连接的收发装置及色散‑反色散模块，其中，收发装置用于对隐藏端发送或接收的隐藏信号进行调制或解调，色散‑反色散模块用于对隐藏信号进行时域展宽和幅度降低处理或时域降窄和幅度升高处理；耦合‑滤波装置，用于将处理后的隐藏信号耦合至处理后的宿主信号中，或将处理后的隐藏信号从处理后的宿主信号中解耦出来。

Description

安全通信系统及信息传输方法
技术领域
本公开涉及通信安全领域，尤其涉及一种安全通信系统系统及信息传输方法。
背景技术
当前信息时代正向数据时代跨越。随着科技的发展，海量数据逐渐形成大数据趋势，每个人的工作和生活都可能构成海量数据的一部分。光纤通信因其大容量、长距离的传输优势，在骨干、城域和接入三级网络通信架构中都占据着举足轻重的地位，并且，当前的海量大数据趋势要求必须借助光纤通信传输手段。光纤光缆由于其自身的物理构造及光信息传输特点，一度被认为是安全的通信方式。但随着科技发展，近年来针对光纤介质的信息窃取方式层出不穷。因此，研究光纤安全通信方式，增强光纤通信的信息安全非常必要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对于现有技术问题，本公开提出一种安全通信系统及信息传输方法，用于至少部分解决上述技术问题。
(二)技术方案
本公开一方面一种安全通信系统，包括：至少两个宿主端，每一宿主端设有依次连接的可编程串行收发器、碎片化处理模块及所述可编程串行收发器，其中，所述可编程串行收发器用于对所述宿主端发送或接收的宿主信号进行串行信号与并行信号之间的相互转换，所述碎片化处理模块用于对所述可编程串行收发器输入的宿主信号进行逐比特随机粉碎处理或逐比特合并处理；至少两个隐藏端，每一隐藏端设有依次连接的收发装置及色散-反色散模块，其中，所述收发装置用于对所述隐藏端发送或接收的隐藏信号进行调制或解调，所述色散-反色散模块用于对所述隐藏端发送的隐藏信号进行时域展宽和幅度降低处理或对所述隐藏端接收的隐藏信号进行时域降窄和幅度升高处理；耦合-滤波装置，用于将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号耦合至逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中，或将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号从逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中解耦出来。
可选地，所述收发装置包括：发送模块，包括脉冲光源和调制单元，所述脉冲光源用于产生脉冲光，所述调制单元用于将所述隐藏信号调制到所述脉冲光上；接收模块，用于将所述隐藏信号从所述脉冲光中解调出来。
可选地，所述安全通信系统还包括：SFP光模块，所述宿主端通过所述SFP光模块进行所述宿主信号进行接收或发送。
可选地，所述可编程串行收发器基于FPGA芯片集成，所述碎片化处理模块基于FPGA芯片配置。
可选地，所述安全通信系统还包括：存储器，用于存储逐比特随机粉碎处理后的宿主信号；
可选地，所述安全通信系统还包括：伪随机序列产生模块，用于产生伪随机序列，所述伪随机序列用作逐比特随机粉碎处理的控制序列及从所述存储器读取逐比特随机粉碎处理后的宿主信号的控制序列。
可选地，所述伪随机序列产生模块基于FPGA芯片配置。
可选地，所述宿主信号采用波分复用光信号。
可选地，所述宿主信号以并行数据形式进行逐比特随机粉碎处理或逐比特合并处理，处理后的宿主信号以串行数据形式发送。
本公开另一方面还提供一种基于上述安全通信系统的信息传输方法，包括：作为信号发送端的宿主端发送宿主信号，经其对应的可编程串行收发器转化为并行信号后输入其对应的碎片化处理模块进行逐比特随机粉碎处理；将逐比特随机粉碎处理后的宿主信号经其对应的可编程串行收发器转化为串行信号后发送至一耦合-滤波装置；作为信号发送端的隐藏端发送隐藏信号，通过其对应的色散/反色散装置降低所述隐藏信号的幅度并展宽所述隐藏信号的时域，将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号发送至所述一耦合-滤波装置；所述一耦合-滤波装置将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号耦合至逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中后通过公共网络传输至另一耦合-滤波装置；所述另一耦合-滤波装置将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号从逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中解耦出来，将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号发送至作为信号接受端的隐藏端对应的色散-反色散模块进行时域降窄和幅度升高处理，将逐比特随机粉碎处理后的宿主信号发送至作为信号接受端的宿主端对应的碎片化处理模块进行逐比特合并处理。
(三)有益效果
本公开提供一种安全通信系统及信息传输方法，至少具备以下有益效果：
在宿主端将信息进行碎片化处理，实现对宿主信息的加密及扰乱处理，可提高宿主信息传输的安全性。进一步地，在隐藏端利用色散器件显著降低隐藏信号(宽谱脉冲)幅度，展宽时域，减小隐藏信号对宿主信号的时域影响，从而可以将秘密信息隐藏于碎片化处理后的宿主信息中，进而提高整体安全性能。该系统较大地提高光纤通信系统物理链路的安全性和可靠性。
附图说明
图1示意性示出了本公开实施例提供的安全通信系统的结构图；
图2示意性示出了本公开实施例提供的信息传输方法的流程图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开提供一种安全通信系统，该系统可应用于光纤通信网络，可以实现对光纤通信系统的物理层安全通信方式，可应用于对安全性要求较高的专用网络，如军事训练网络、金融系统以及公司内部传输网络等。具体方案为在对公众网络之间互联的光纤链路进行防窃听保护的同时，将一部分信息隐藏在冗余的公共网络光谱分量中，以提高秘密信息传输的安全性。该系统可以包括：
至少两个宿主端，每一宿主端设有依次连接的可编程串行收发器、碎片化处理模块及可编程串行收发器，其中，可编程串行收发器用于对宿主端发送或接收的宿主信号进行串行信号与并行信号之间的相互转换，碎片化处理模块用于对可编程串行收发器输入的宿主信号进行逐比特随机粉碎处理或逐比特合并处理。其中，宿主端可以采用波分复用(WMD)光信号。
根据本公开的实施例，每一宿主端可用于发送消息，即作为发送端，也可用于接收消息，即作为接收端。相应的，当一宿主端作为发送端时，其对应设置的碎片化处理模块则对该宿主端发送的宿主信号进行逐比特随机粉碎处理。
根据本公开的实施例，每一宿主端也可用于接送消息，即作为接收端。相应的，当一宿主端作为接收端时，其对应设置的碎片化处理模块则对该宿主端接收的宿主信号进行逐比特合并处理。
至少两个隐藏端，每一隐藏端设有依次连接的收发装置及色散-反色散模块，其中，收发装置用于对隐藏端发送或接收的隐藏信号进行调制或解调，色散-反色散模块用于对隐藏端发送的隐藏信号进行时域展宽和幅度降低处理或对隐藏端接收的隐藏信号进行时域降窄和幅度升高处理。其中，隐藏端可以采用宽谱脉冲光源。
根据本公开的实施例，每一隐藏端可用于发送消息，即作为发送端。相应的，其对应设置的色散-反色散模块则对该隐藏端发送的隐藏信号进行时域展宽和幅度降低处理。
根据本公开的实施例，每一隐藏端也可用于接送消息，即作为接收端。相应的，其对应设置的色散-反色散模块则对该隐藏端发送的隐藏信号进行时域降窄和幅度升高处理。
耦合-滤波装置，用于将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号耦合至逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中，或将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号从逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中解耦出来。
根据本公开的实施例，连接于作为发送端的宿主端及隐藏端的耦合-滤波装置则用于将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号耦合至逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中，连接于作为接受端的宿主端及隐藏端的耦合-滤波装置则用于将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号从逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中解耦出来。
根据本公开的实施例，可编程串行收发器可以是基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片集成，例如基于FPGA集成的吉比特收发器(FPGA GTX Transceiver)，其可以实现吉比特以上的高速串行数据的接收和发送。可编程串行收发器将高速串行数据接收后以32位的并行形式输入给FPGA内部的碎片化处理模块进行后续的信息碎片化处理。同样其接收32位的并行数据，以高速串行的数据形式发送出去。
根据本公开的实施例，碎片化处理模块可以是基于FPGA芯片配置，其具有对宿主信号进行逐比特随机粉碎处理和/或逐比特合并处理的功能。
根据本公开的实施例，收发装置可以包括发送模块及接收模块。其中，发送模块可以包括脉冲光源和调制单元，脉冲光源用可以于产生宽谱脉冲光，调制单元可以用于将隐藏信号调制到脉冲光上。接收模块可以包括光电转换单元和后续匹配电路。
根据本公开的实施例，该安全通信系统还可以包括：存储器及伪随机序列产生模块，存储器可以用于逐比特随机粉碎处理前后的宿主信号。伪随机序列产生模块可以用于产生伪随机序列，该伪随机序列用作逐比特随机粉碎处理的控制序列及从所述存储器读取逐比特随机粉碎处理后的宿主信号的控制序列。
根据本公开的实施例，本公开提出的安全通信系统中，网络系统的终端地址信息由终端交换机负责封装及解析。
以下结合具体的附图对本公开的安全通信系统进一步详细介绍。为了便于描述，下面以双用户安全通信系统为例进行说明，即系统包括两个宿主端，两个隐藏端。需要说明的是，该双用户安全通信系统只是示例性的，并不用于限制本公开，该种设计也可用于多用户。
图1示意性示出了本公开实施例提供的双用户安全通信系统的结构图。
如图1所示，该双用户安全通信系统例如可以包括：
两个宿主端，每一宿主端设有依次连接的可编程串行收发器、碎片化处理模块及可编程串行收发器。两个隐藏端，每一隐藏端设有依次连接的收发装置及色散-反色散模块。一个宿主端和一个隐藏端输出连接至一个耦合-滤波装置。两个耦合-滤波装置通过公共网络传输信号。
根据本公开的实施例，两个宿主端中一个宿主端作为信号发送端时，另一个宿主端则作为信号接收端。同理，两个隐藏端中一个隐藏端作为信号发送端时，另一个隐藏端则作为信号接收端。
参照图1所示方向，以上方的宿主端作为宿主信号的发送端，以上方的隐藏端作为隐藏信号的发送端，以下方的宿主端作为宿主信号的接收端，以下方的隐藏端作为隐藏信号的接收端为例，该双用户安全通信系统的信息传输过程可以为：
作为发送端的宿主端发送宿主信号，经第一个FPGA GTX Transceiver将宿主信号转化为并行信号后输入碎片化处理模块进行并行处理，并行处理的方式可以提高处理效率。处理过程例如可以为：首先将数据依次写入存储器(RAM)，然后根据芯片内部伪随机序列产生模块输出的伪随机序列，控制读取数据的指针从RAM中读取数据，将伪随机序列作为控制序列将RAM中的数据逐比特随机粉碎为上下支路两个部分。当伪随机序列为“1”的时候从RAM中读出的比特存储在上支路，同时下支路随机填入比特“0”或者“1”；当伪随机序列为“0”的时候从RAM中读出的比特存储在下支路，同时上支路随机填入比特“0”或者“1”。碎片化处理完成后，经过第二个FPGA GTX Transceiver转化为并行数据后输送到该宿主端对应的SFP光模块发送至耦合-滤波装置。
作为发送端的隐藏端发送隐藏信号，经收发装置将隐藏信号调制到宽谱脉冲上后发送至色散/反色散装置以降低隐藏信号的幅度并展宽隐藏信号的时域，将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号发送至发送端对应的耦合-滤波装置。
耦合-滤波装置将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号耦合至逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中后通过公共网络传输至接收端对应的耦合-滤波装置。
接收端对应的耦合-滤波装置将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号从逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中解耦出来，将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号发送至作为信号接受端的隐藏端对应的色散-反色散模块进行时域降窄和幅度升高处理，处理后发送至接收端对应的收发装置将原始隐藏信号解调出来，实现秘密信号的传输。
将接收端对应的耦合-滤波装置逐比特随机粉碎处理后的宿主信号发送至作为信号接受端的宿主端对应的第二个FPGA GTX Transceiver以转化为并行数据后输入碎片化处理模块进行逐比特合并处理。逐比特合并处理的过程可以为：首先将接收的两路碎片数据依次分别写入上下支路的RAM。然后根据内部芯片的伪随机序列产生模块输出的伪随机序列，选取上下支路的碎片数据。当伪随机序列为“1”的时候从上支路的RAM中读出比特；当伪随机序列为“0”的时候从下支路的RAM中读出比特，上下支路读出的比特存入到待发送RAM中。最后将待发送的数据经过第一个FPGA GTX Transceiver转化为串行数据发送至接收端对应的SFP光模块，实现宿主信号的传输。
基于上述双用户安全系统，用户一(User#1)和用户二(User#2)的信息将分别进行隐藏和碎片化处理。其中，用户一的信息借助于用户二的信道噪声进行掩盖，实现信息隐藏效果；而用户二信息则采用碎片化处理方式，实现信息的加密及扰乱处理。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种信息传输方法。
图2示意性示出了本公开实施例提供的信息传输方法的流程图。
如图2所示，该信息传输方法例如可以包括操作S201～操作S207。
在操作S201，作为信号发送端的宿主端发送宿主信号，经其对应的可编程串行收发器转化为并行信号后输入其对应的碎片化处理模块进行逐比特随机粉碎处理。
在操作S202，将逐比特随机粉碎处理后的宿主信号经其对应的可编程串行收发器转化为串行信号后发送至一耦合-滤波装置。
在操作S203，作为信号发送端的隐藏端发送隐藏信号，通过其对应的色散-反色散装置降低隐藏信号的幅度并展宽隐藏信号的时域，将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号发送至一耦合-滤波装置。
在操作S204，耦合-滤波装置将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号耦合至逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中后通过公共网络传输至另一耦合-滤波装置。
在操作S205，另一耦合-滤波装置将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号从逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中解耦出来。
在操作S206，对时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号进行时域降窄和幅度升高处理。
在操作S207，对逐比特随机粉碎处理后的宿主信号进行逐比特合并处理。
方法实施例与系统实施例的实施细节及带来的技术效果类似，此处不再赘述。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种安全通信系统，包括：
至少两个宿主端，每一宿主端设有依次连接的可编程串行收发器、碎片化处理模块及所述可编程串行收发器，其中，所述可编程串行收发器用于对所述宿主端发送或接收的宿主信号进行串行信号与并行信号之间的相互转换，所述碎片化处理模块用于对所述可编程串行收发器输入的宿主信号进行逐比特随机粉碎处理或逐比特合并处理；
至少两个隐藏端，每一隐藏端设有依次连接的收发装置及色散-反色散模块，其中，所述收发装置用于对所述隐藏端发送或接收的隐藏信号进行调制或解调，所述色散-反色散模块用于对所述隐藏端发送的隐藏信号进行时域展宽和幅度降低处理或对所述隐藏端接收的隐藏信号进行时域降窄和幅度升高处理；
耦合-滤波装置，用于将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号耦合至逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中，或将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号从逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中解耦出来。
2.根据权利要求1所述的安全通信系统，其中，所述收发装置包括：
发送模块，包括脉冲光源和调制单元，所述脉冲光源用于产生脉冲光，所述调制单元用于将所述隐藏信号调制到所述脉冲光上；
接收模块，用于将所述隐藏信号从所述脉冲光中解调出来。
3.根据权利要求1所述的安全通信系统，其中，所述安全通信系统还包括：
SFP光模块，所述宿主端通过所述SFP光模块进行所述宿主信号进行接收或发送。
4.根据权利要求1所述的安全通信系统，其中，所述可编程串行收发器基于FPGA芯片集成，所述碎片化处理模块基于FPGA芯片配置。
5.根据权利要求1所述的安全通信系统，其中，所述安全通信系统还包括：
存储器，用于存储逐比特随机粉碎处理后的宿主信号。
6.根据权利要求5所述的安全通信系统，其中，所述安全通信系统还包括：
伪随机序列产生模块，用于产生伪随机序列，所述伪随机序列用作逐比特随机粉碎处理的控制序列及从所述存储器读取逐比特随机粉碎处理后的宿主信号的控制序列。
7.根据权利要求5所述的安全通信系统，其中，所述伪随机序列产生模块基于FPGA芯片配置。
8.根据权利要求1所述的安全通信系统，其中，所述宿主信号采用波分复用光信号。
9.根据权利要求1所述的安全通信系统，其中，所述宿主信号以并行数据形式进行逐比特随机粉碎处理或逐比特合并处理，处理后的宿主信号以串行数据形式发送。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述安全通信系统的信息传输方法，包括：
作为信号发送端的宿主端发送宿主信号，经其对应的可编程串行收发器转化为并行信号后输入其对应的碎片化处理模块进行逐比特随机粉碎处理；
将逐比特随机粉碎处理后的宿主信号经其对应的可编程串行收发器转化为串行信号后发送至一耦合-滤波装置；
作为信号发送端的隐藏端发送隐藏信号，通过其对应的色散/反色散装置降低所述隐藏信号的幅度并展宽所述隐藏信号的时域，将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号发送至所述一耦合-滤波装置；
所述一耦合-滤波装置将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号耦合至逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中后通过公共网络传输至另一耦合-滤波装置；
所述另一耦合-滤波装置将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号从逐比特随机粉碎处理后的宿主信号中解耦出来，将时域展宽和幅度降低处理后的隐藏信号发送至作为信号接受端的隐藏端对应的色散-反色散模块进行时域降窄和幅度升高处理，将逐比特随机粉碎处理后的宿主信号发送至作为信号接受端的宿主端对应的碎片化处理模块进行逐比特合并处理。
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