CN112804044B - 一种基于nor光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，包括：发送端，包括依次连接的第一混沌激光器、第一马赫‑曾德尔相位调制器、第一光耦合器、第一光电检测器、第一电放大器、具有NOR运算功能的第一数字信号处理模块、第一数模转换器；第一数模转换器与第一马赫‑曾德尔相位调制器连接；接收端，包括依次连接的第二混沌激光器、第二马赫‑曾德尔相位调制器、第二光耦合器、第二光电检测器、第二电放大器、具有NOR运算功能的第二数字信号处理模块、第二数模转换器；第二数模转换器与第二马赫‑曾德尔相位调制器连接；第一光耦合器与第二光耦合器通过光纤连接。本发明的安全通信系统具有性能稳定、保密性强等特点。
Description
技术领域
本发明属于保密通信与信息安全技术领域，具体涉及一种基于 NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统。
背景技术
光混沌通信的基础是混沌同步，在发送端和接收端光混沌信号完成同步后，就可以通过将待发送信号加入到光混沌信号中，在接收端利用混沌信号的鲁棒性将接收到的混沌信号与本地混沌信号进行相减就可以将信号解调出来。激光器通信系统的参数如果容易猜出，或者测量，那么就影响了通信的安全，尤其是反馈延时的计算。因此有必要隐藏反馈时间延迟参数。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统。本发明的创新之处在于，通过光电转换将光混沌信号转为电信号，通过数字信号处理模块转换成数字信号，再变成两路，在另一路中提取时钟频率，触发伪随机序列产生器，产生与第一路同步的随机序列，利用逻辑运算器对两路信号进行NOR运算，生成新的二进制数据，再转换为模拟信号，对输入到马赫曾-德尔调制器的光信号进行相位调制，从而对时延签名进行隐藏，进而进行安全通信。
为了达到上述发明目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，包括：
发送端，包括依次连接的第一混沌激光器、第一马赫-曾德尔相位调制器、第一光耦合器、第一光电检测器、第一电放大器、具有NOR运算功能的第一数字信号处理模块、第一数模转换器；第一数模转换器与第一马赫-曾德尔相位调制器连接；
接收端，包括依次连接的第二混沌激光器、第二马赫-曾德尔相位调制器、第二光耦合器、第二光电检测器、第二电放大器、具有 NOR运算功能的第二数字信号处理模块、第二数模转换器；第二数模转换器与第二马赫-曾德尔相位调制器连接；
第一光耦合器与第二光耦合器通过光纤连接。
作为优选方案，所述具有NOR运算功能的第一数字信号处理模块包括依次连接的第一编码器、第一功分器、第一时钟提取器、第一伪随机序列产生器、第一NOR运算器，第一编码器与第一电放大器连接，第一NOR运算器与第一数模转换器连接，第一功分器与第一NOR运算器连接。
作为优选方案，所述具有NOR运算功能的第二数字信号处理模块包括依次连接的第二编码器、第二功分器、第二时钟提取器、第二伪随机序列产生器、第二NOR运算器，第二编码器与第二电放大器连接，第二NOR运算器与第二数模转换器连接，第二功分器与第二NOR运算器连接。
作为优选方案，利用数模转换及NOR运算置乱产生时间延迟签名隐藏。
作为优选方案，所述发送端和接收端产生的伪随机序列相同。
作为优选方案，所述第一混沌激光器和第二混沌激光器的外腔反馈延迟时间为2.87ns。
作为优选方案，所述第一混沌激光器和第二混沌激光器的偏置电流为32mA。
作为优选方案，所述第一混沌激光器和第二混沌激光器产生的信号波长1550nm，功率为10mW。
作为优选方案，所述第一电放大器和第二电放大器的增益为 10dB。
作为优选方案，所述第一光电检测器和第二光电检测器的量子效率10％。
本发明的信号传输原理为：第一混沌激光器输出的混沌光信号经过第一马赫-曾德尔相位调制器通过光纤进入第一光耦合器，第一光耦合器的光信号经过第一光电转换器和第一电放大器进入第一数字信号处理模块后经过数模转换器后进入第一马赫-曾德尔相位调制器对混沌光信号进行相位调制，调制后的混沌光信号经过第一光耦合器通过光纤传输到第二光耦合器中；第二光耦合器接收到的光信号一部分直接输入到第二马赫-曾德尔相位调制器中，另一部分光信号经过第二光电转换器和第二电放大器输入到第二数字信号处理模块中进行信号置乱运算后经过第二数模转换器进入第二马赫-曾德尔相位调制器对接收到的混沌光信号进行相位调制，调制后的信号与第二激光器的混沌光信号进行相减解码。
本发明的安全通信的原理为：发送端利用第一混沌激光器产生一路混沌信号，混沌信号经过第一马赫-曾德尔相位调制器进入第一光耦合器，第一光耦合器收到的光信号首先依次进入第一光电检测器、第一电放大器，第一电放大器输出的信号进入第一编码器产生8位二进制信号，进入第一功分器，分成两路，一路进入第一NOR运算器，另一路进入第一时钟提取器，进入并触发第一随机序列产生器产生伪随机序列，再进入第一NOR运算器，第一NOR运算器对来自第一功分器的二进制8位码与来自第一伪随机序列产生器的二进制8位码进行NOR运算，产生新的二进制8位码序列，进入第一数模转换器，转换成模拟信号，该模拟信号输入到第一马赫-曾德尔相位调制器完成对光混沌信号的相位调制，相位调制后的光混沌信号通过第一光耦合器传输到第二光耦合器；第二光耦合器收到的光信号一路直接进入第二马赫-曾德尔相位调制器中，另一路光信号首先依次进入第二光电检测器、第二电放大器，第二电放大器输出的信号进入第二编码器产生8位二进制信号，进入第二功分器，分成两路，一路进入第二 NOR运算器，另一路进入第二时钟提取器，进入并触发第二伪随机序列产生器，产生伪随机序列，再进入第二NOR运算器，第二NOR 运算器对来自第二功分器的二进制8位码与来自第二伪随机序列产生器的二进制8位码进行NOR运算，产生新的二进制8位码序列，进入第二数模转换器，转换成模拟信号，该模拟信号输入到第二马赫 -曾德尔相位调制器完成对收到的光混沌信号的反相相位调制，经过相位调制后的混沌光信号与第二混沌激光器的光混沌信号进行相减解码，就可以得到发送的信息。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，利用伪随机序列NOR运算电光相位混沌置乱的时间延迟签名隐藏，不仅实现了混沌同步通信的混沌时间延迟隐藏，而且具有性能稳定、保密性强等特点。
附图说明
图1为本发明实施例的安全通信系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的发送端混沌激光器被信号调制后输出的混沌信号示意图；
图3为本发明实施例的接收端混沌激光器输出的混沌信号示意图；
图4为本发明实施例的发送端发送的二进制信号示意图；
图5为本发明实施例的接收端恢复的二进制信号示意图；
其中：1-1和1-2分别表示第一混沌激光器和第二混沌激光器； 2-1和2-2分别表示第一和第二马赫-曾德尔相位调制器；3-1和3-2 分别表示第一和第二光耦合器；4-1和4-2分别表示第一和第二光电检测器；5-1和5-2分别表示第一和第二电放大器；6-1和6-2分别表示第一和第二编码器；7-1和7-2分别表示第一和第二功分器；8-1和 8-2分别表示第一和第二时钟提取器；9-1和9-2分别表示第一和第二随机序列产生器；10-1和10-2分别表示第一和第二NOR运算器；11-1 和11-2分别表示第一和第二数模转换器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
本发明实施例的基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，包括发送端和接收端，发送端和接收端中间通过光纤连接。
具体地，发送端包括第一混沌激光器，第一马赫-曾德尔相位调制器，第一光电检测器，第一电放大器，第一编码器，第一功分器，第一时钟提取器，第一随机序列产生器，第一NOR运算器，第一数模转换器。其中，第一编码器，第一功分器，第一时钟提取器，第一随机序列产生器，第一NOR运算器构成第一数字信号处理模块。
接收端包括第二混沌激光器，第二马赫-曾德尔相位调制器，第二光电检测器，第二电放大器，第二编码器，第二功分器，第二时钟提取器，第二随机序列产生器，第二NOR运算器，第二数模转换器。其中，第二编码器，第二功分器，第二时钟提取器，第二随机序列产生器，第二NOR运算器构成组成第二数字信号处理模块。
本混沌通信系统利用混沌激光器产生的混沌信号，转换成电信号后，通过模数变换转换成二进制8位码数字信号，与二进制8位码随机信号进行NOR运算，达到一种混沌值置乱目的，将新的二进制8 位码通过数模变换转换成模拟信号，这个电信号通过马赫-曾德尔相位调制器对原始混沌信号进行相位调制，接收端利用具有与发送端对应想同参数的器件组成相同的光路，产生反向同步相位混沌，通过相位调制器，抵消相位混沌，然后利用强度混沌的鲁棒性实现对信号的解密。
如图1所示，安全通信系统的上述器件的具体连接关系为：
发送端包括一个连接有第一马赫-曾德尔相位调制器(简称 MZM)2-1的第一混沌激光器1-1，作为混沌光信号发送端；还包括依次连接并构成通信回路的第一马赫-曾德尔相位调制器2-1、第一光耦合器3-1、第一光电检测器 4-1 、第一电放大器5-1、第一编码器6-1、第一功分器7-1、第一时钟提取器8-1，第一随机序列产生器9-1，第一NOR运算器10-1，第一数模转换器11-1。具体地，发送端中的第一混沌激光器1-1的a1端口与第一马赫-曾德尔相位调制器2-1的b1 端口相连接，第一马赫-曾德尔相位调制器2-1的b2端口与第一光耦合器3-1的c1端口相连接，第一光耦合器3-1的c2端口与第一光电检测器4-1的d1端口相连接，第一光电检测器4-1的d2端口与第一电放大器5-1的e1端口相连接，第一电放大器5-1的e2与第一编码器6-1的f1端口相连接，第一编码器6-1的f2端口与第一功分器7-1的g1端口相连接，第一功分器7-1的g2端口与第一NOR 运算器10-1的j1端口相连接，第一功分器7-1的g3端口与第一时钟提取器8-1的端口h1连接，第一时钟提取器8-1的端口h2与第一随机序列产生器9-1的端口i1端口连接，第一随机序列产生器9-1的i2 端口与第一NOR运算器10-1的j2端口相连接，第一NOR运算器10-1 的j3端口与第一数模转换器的k1端口相连接，第一数模转换器的k2 端口与第一马赫-曾德尔相位调制器2-1的b3端口连接。
发送端中第一光耦合器3-1的c3端口与接收端中第二光耦合器 3-2的m1端口用光纤相连接，以此构成发送端和接收端间的通信连接。
接收端的结构与发送端相似，在接收端中，第二混沌激光器1-2 的x1端口与第二马赫-曾德尔相位调制器2-2的n3端口连接，第二光耦合器3-2的m2端口与第二马赫-曾德尔相位调制器2-2的n1端口相连接，第二光耦合器3-2的m3端口与第二光电检测器4-2的o1端口相连接，第二光电检测器4-2的o2端口与第二电放大器5-2的p1 端口相连接，第二电放大器5-2的p2与第二编码器连接6-2的q1端口相连接，第二编码器连接6-2的q2端口与第二功分器7-2的r1端口相连接，第二功分器7-2的r2端口与第二NOR运算器10-2的v1 端口相连接，第二功分器7-2的r3端口与第二时钟提取器8-2的端口 t1连接，第二时钟提取器8-2的端口t2与第二随机序列产生器9-2的端口u1连接，第二随机序列产生器9-2的端口u1与第二NOR运算器10-2的v2端口相连接，第二NOR运算器10-2的v3端口与第二数模转换器11-2的w1端口相连接，第二数模转换器11-2的w2端口与第二马赫-曾德尔相位调制器2-2的n2端口相连接。
上述器件中，发送端与接收端的器件参数相同，以组成反向同步的相同光路。
下面将结合上述系统结构对本实施例的时间延迟签名隐藏的安全通信系统的使用方式作说明。
发送端中第一混沌激光器1-1输出的原始混沌光信号经过第一马赫-曾德尔相位调制器2-1通过光纤进入第一光耦合器3-1，第一光耦合器3-1的光信号经过第一光电转换器4-1转换为电信号，并经过第一电放大器5-1后进入第一编码器6-1，产生二进制8位码，由第一功分器7-1分成两路，一路送至第一NOR运算器10-1，另一路送至第一时钟提取器8-1，提取时钟信息，触发第一随机序列产生器9-1，产生二进制8位码随机序列，送至第一NOR运算器10-1，第一NOR 运算器10-1对来自第一功分器7-1和来自第一随机序列产生器10-1 的二进制8位码进行NOR运算，产生新的随机序列，置乱后得到的新的8位二进制序列后经过第一数模转换器12-1后转换为电信号，再进入第一马赫-曾德尔相位调制器2-1对混沌光信号进行相位调制，调制后的混沌光信号经过第一光耦合器3-1通过光纤传输到第二光耦合器3-2中。
在接收端，第二光耦合器3-2接收到的光信号一部分直接输入到第二马赫-曾德尔相位调制器2-2中，另一部分光信号经过第二光电转换器4-2和和电放大器5-2分别进入第二编码器6-2，并产生二进制8 位码，由第二功分器7-2分成两路，一路送至第二NOR运算器10-2，另一路送至第二时钟提取器8-2，提取时钟信息，触发第二随机序列产生器9-2，产生二进制8位码随机序列，送至第二NOR运算器10-2，第二NOR运算器10-2对来自第二功分器7-2和来自第二随机序列产生器10-2的二进制8位码进行NOR运算，产生新的随机序列，置乱后得到的新的8位二进制序列后经过第二数模转换器12-2后转换为电信号，再进入第二马赫-曾德尔相位调制器2-2对来自第二光耦合器3-2接收到的混沌光信号进行反向相位调制，调制后的信号与第二混沌激光器1-2发出的解密混沌光信号进行相减解码。
本发明实施例的安全通信系统，利用强度混沌激光器产生的混沌信号，经过相位调制器，转换成电信号后，再变成二进制8位码，再变成两路，在另一路中提取时钟频率，触发伪随机序列产生器，产生与第一路同步的随机序列，利用逻辑运算器对两路信号进行NOR运算，生成新的二进制数据，再转换为模拟信号，利用置乱后的混沌信号对输入到马赫曾-德尔调制器的光信号进行相位调制，从而对时延签名进行隐藏，进而进行安全通信。收发两端同步以后，信息对发送端的激光器偏置电流进行调制，实现信息加密。接收端利用具有与发送端对应相同参数的器件组成相同的光路，产生反向同步相位混沌，通过相位调制器，抵消相位混沌，然后利用强度混沌的鲁棒性实现对信号的解密。即利用光电检测器检测本地和接收的光功率信号，减去同步误差，经过低通滤波，恢复发送端的信息。
如图2所示，发送端被信息调制后的混沌信号。
如图3所示，接收端产生的混沌信号。
如图4、5所示，发送端传送的原始信号与接收端解密的信号是一致的，说明本发明的安全通信系统能应用于保密通信。
实现通信的过程简要归纳如下：
1、接收端激光器产生与发送端激光器完全同步的混沌信号。
2、将混沌光信号输入到相位调制。
3、将光混沌信号变成电信号，再转换成二进制8位码。
4、产生同步的随机序列，将随机序列与转换的二进制进行NOR 运算。
5、将NOR运算器输出的信号转换成模拟信号，对混沌光进行调制。
6、收发两端同步以后，收发两端同步以后，信息对发送端的激光器偏置电流进行调制，实现信息加密。
7、接收端利用电光混沌置乱相位调制产生反向同步相位混沌。
8、利用光电检测器检测本地和接收的光功率信号，减去同步误差，经过低通滤波，恢复发送端的信息。
本发明利用常见器件实现混沌通信，具有成本低、性能稳定、误码率低、保密性强等特点。
以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，其特征在于，包括：
发送端，包括依次连接的第一混沌激光器、第一马赫-曾德尔相位调制器、第一光耦合器、第一光电检测器、第一电放大器、具有NOR运算功能的第一数字信号处理模块、第一数模转换器；第一数模转换器与第一马赫-曾德尔相位调制器连接；
接收端，包括依次连接的第二混沌激光器、第二马赫-曾德尔相位调制器、第二光耦合器、第二光电检测器、第二电放大器、具有NOR运算功能的第二数字信号处理模块、第二数模转换器；第二数模转换器与第二马赫-曾德尔相位调制器连接；
第一光耦合器与第二光耦合器通过光纤连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，其特征在于，所述具有NOR运算功能的第一数字信号处理模块包括依次连接的第一编码器、第一功分器、第一时钟提取器、第一伪随机序列产生器、第一NOR运算器，第一编码器与第一电放大器连接，第一NOR运算器与第一数模转换器连接，第一功分器与第一NOR运算器连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，其特征在于，所述具有NOR运算功能的第二数字信号处理模块包括依次连接的第二编码器、第二功分器、第二时钟提取器、第二伪随机序列产生器、第二NOR运算器，第二编码器与第二电放大器连接，第二NOR运算器与第二数模转换器连接，第二功分器与第二NOR运算器连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，其特征在于，利用数模转换及NOR运算置乱产生时间延迟签名隐藏。
5.根据权利要求3所述的一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，其特征在于，所述发送端和接收端产生的伪随机序列相同。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，其特征在于，所述第一混沌激光器和第二混沌激光器的外腔反馈延迟时间为2.87ns。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，其特征在于，所述第一混沌激光器和第二混沌激光器的偏置电流为32mA。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，其特征在于，所述第一混沌激光器和第二混沌激光器产生的信号波长1550nm，功率为10mW。
9.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，其特征在于，所述第一电放大器和第二电放大器的增益为10dB。
10.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于NOR光电相位混沌置乱的时间延迟隐藏的安全通信系统，其特征在于，所述第一光电检测器和第二光电检测器的量子效率10％。
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