CN114928435B - 基于dna编码和slm的量子噪声流加密方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，包括：S1、利用DNA编码将二进制明文信息进行DNA加密；S2、对DNA加密后的信息进行QNSC加密；S3、对QNSC加密后的信息进行QAM调制；S4、将调制后的信息进行SLM运算；S5、对SLM运算后的信息添加循环冗余前缀；S6、对添加循环冗余前缀的信息进行并/串转换后进入光纤传输。本发明基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法将DNA加密应用于OFDM‑PON系统中QNSC加密的数字部分，利用DNA编码加密技术，加强了传统QNSC技术数字加密部分的安全性能，同时由DNA加密中使用的混沌序列，产生随机相位，以选择性映射技术来降低OFDM‑PON系统的PAPR，可以大大增强安全性。

Description

基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法及系统
技术领域
本发明涉及加密技术领域，特别涉及基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法及系统。
背景技术
量子噪声流加密(Quantum Noise Stream Cipher，QNSC)是一种利用调制阶数的提升将信号隐藏在物理噪声中的物理层的加密技术，这种物理噪声包括接收端和发送端的量子噪声或者掺饵光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA)的放大器自发辐射噪声。利用信息在光纤传输中噪声的随机性，来达到加密的目的。QNSC加密效果体现在两个部分，一个是数学加密，另一个是物理加密。通常QNSC以增大调制阶数的方式来增强物理加密的性能，因为调制阶数越大，信号对光纤传输过程中的噪声越敏感，没有密钥的窃听者就很难在获取的信号中破译密文信息。人们对于QNSC性能的提升主要集中在物理加密方面，而对于数字加密部分缺少研究。数字加密的增强同样也可以进一步加强QNSC的保密性，所以提高QNSC数字部分的加密能力，对QNSC整体保密性能的提升很有意义。
在众多宽带接入方式中，无源光网络(Passive Optical Network，PON)接入技术具有更低能耗和更高带宽的优点，已经成为目前主要的宽带接入方式之一。正交频分复用无源光网络(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Passive OpticalNetwork,OFDM-PON)是被认为最具潜力的下一代PON网络之一，因为它具有高效的频谱效率以及优秀的抗色散能力等优势。然而，OFDM-PON系统信号间相位出现相近或相同的情况时，信号会叠加形成较高的峰值，从而出现高峰值平均功率比(Peak-to-average powerratio，PAPR)，这会对信号产生非线性噪声的影响。
DNA加密属于编码加密算法，其根据DNA结构原理，对明文信息与混沌基底进行编码加密。DNA加密具有高速并行、存储空间小的优点，被广泛用于生物基因存储，无线加密通信，图像加密信号处理。1989年，K.V.Wood在文章中提出了一种基于生物信息的双螺旋DNA编码技术。这项技术在加快生物技术快速发展的同时，也引发越来越多的学者对DNA加密技术的研究。在图像加密领域，2012年H Liu利用混沌DNA加密实现了对图像的加密与解密，保证了图像的安全传输。2018年，C.F.Zhang等人将DNA加密技术应用于OFDM-PON系统，实现了物理层接入网的安全通信。
但是，现有的加密算法的安全性能仍不能满足需求，而如何将DNA加密和QNSC加密相结合，以提升加密的安全性一直是困扰业内的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种将DNA加密和QNSC加密相结合、安全性高的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，其包括：
发送端步骤，包括：
S1、利用DNA编码将二进制明文信息进行DNA加密；其中，DNA编码采用五个混沌序列，包括由逻辑映射系统产生的二进制逻辑混沌序列和Chen超混沌系统产生的四个混沌序列；
S2、对DNA加密后的信息进行QNSC加密；其中，QNSC加密采用逻辑映射混沌序列作为状态基，对DNA编码加密的信息进行加扰，信号由低阶变为成高阶；
S3、对QNSC加密后的信息进行QAM调制；
S4、将调制后的信息进行SLM运算；其中，SLM运算的相位序列由Chen超混沌系统随机产生；
S5、对SLM运算后的信息添加循环冗余前缀；
S6、对添加循环冗余前缀的信息进行并/串转换后进入光纤传输。
作为本发明的进一步改进，Chen超混沌系统产生的四个混沌序列K1、K2、K3和K4，如下：
Figure BDA0003606491200000031
上述公式描述的是四个混沌序列范围的计算过程，其中floor(.)表示向下取整；K1，K2分别用于控制关键序列和明文信息由二进制序列映射为DNA碱基符号的映射规则，K4用于将DNA加密的碱基符号映射成二进制密文，而映射规则有8种，因此，K1，K2和K4的范围是1-8的整数；当明文序列与关键序列都是DAN符号的形式后，K3控制明文序列和关键序列进行DNA运算的方式和顺序，DNA运算方式有加法，减法和异或三种，因此K3的范围是1-3的整数。
作为本发明的进一步改进，步骤S4包括：
S41、由混沌序列K1和K2控制产生不同数量的相位序列组；
S42、将每一个载波信息分别乘以不同数量的相位序列，取PAPR值最小的信息进行传输。
作为本发明的进一步改进，所述将每一个载波信息分别乘以不同数量的相位序列，公式如下：
Figure BDA0003606491200000032
Figure BDA0003606491200000033
其中，fix表示取四舍五入的整数，pi是得到的相位序列，N是OFDM-PON的数据载波数。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1之前，还包括：通过伪随机序列产生二进制明文信息。
作为本发明的进一步改进，还包括：
接收端步骤，包括：
S7、接收加密信息，对接收的加密信息进行串/并转换；
S8、对加密信息去除循环冗余前缀；
S9、对加密信息进行快速傅里叶变换和相位还原；
S10、根据共享的密钥生成所述五个混沌序列，对加密信息进行QNSC解密和DNA解密，得到密文信息。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述中任意一项所述方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任意一项所述方法的步骤。
本发明还提供了一种基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密系统，其包括：
发送端，所述发送端包括：
DNA加密模块，用以利用DNA编码将二进制明文信息进行DNA加密；其中，DNA编码采用五个混沌序列，包括由逻辑映射系统产生的二进制逻辑混沌序列和Chen超混沌系统产生的四个混沌序列；
QNSC加密，用以对DNA加密后的信息进行QNSC加密；其中，QNSC加密采用逻辑映射混沌序列作为状态基，对DNA编码加密的信息进行加扰，信号由低阶变为成高阶；
QAM调制模块，用以对QNSC加密后的信息进行QAM调制；
SLM运算模块，用以将调制后的信息进行SLM运算；其中，SLM运算的相位序列由Chen超混沌系统随机产生；
循环冗余前缀添加模块，用以对SLM运算后的信息添加循环冗余前缀；
并/串转换模块，用以对添加循环冗余前缀的信息进行并/串转换后进入光纤传输。
作为本发明的进一步改进，所述系统还包括：
接收端，所述接收端包括：
串/并转换模块，用以接收加密信息，对接收的加密信息进行串/并转换；
循环冗余前缀去除模块，用以对加密信息去除循环冗余前缀；
快速傅里叶变换和相位还原模块，用以对加密信息进行快速傅里叶变换和相位还原；
QNSC解密和DNA解密模块，用以根据共享的密钥生成所述五个混沌序列，对加密信息进行QNSC解密和DNA解密，得到密文信息。
本发明的有益效果：
本发明基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法将DNA加密应用于OFDM-PON系统中QNSC加密的数字部分，利用DNA编码加密技术，加强了传统QNSC技术数字加密部分的安全性能，同时由DNA加密中使用的混沌序列，产生随机相位，以选择性映射(SelectedMapping，SLM)技术来降低OFDM-PON系统的PAPR，在30公里标准单模光纤和背对背条件下进行传输实验，在误码率为3.8×10-3处获取了1dB左右的增益。同时，密钥空间扩大为10167，大大增强了系统的安全性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是QNSC的基本流程框图；
图2是DNA加密中碱基的三种运算法则；
图3是逻辑映射李亚普洛夫曲线；
图4是Chen超混沌系统的相图；
图5是DNA编码加密操作原理图；
图6是DNA编码解密操作原理图；
图7是SLM算法结构框图；
图8是本发明实施例中基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法的示意图；
图9是本发明实施例中256QA信号的I或Q路数据DNA编码具体映射方式；
图10是本发明实施例中16/256-QAM QNSC信号在不同数量相位序列降低系统峰均比性能曲线图；
图11是本发明实施例中基于DNA编码与SLM的量子噪声流加密实验装置图；
图12是本发明实施例中16/256-QAM QNSC信号在使用与不使用SLM情况下误码率曲线图；
图13是本发明实施例中不同Chen超混沌系统参数精度误码率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
QNSC是一种应用于物理层的具有高度安全性的加密技术，其原理主要是利用光通信系统中的噪声，例如放大自发辐射噪声和量子噪声，来改变光信号的振幅和相位状态。当光信号的状态被改变后，在星座图上，星座点与星座点之间的最小欧式距离就会减小，结果就是信息在传输过程中星座点更容易发生偏移。对于非法接收方来说，将得到完全错误的信息，但是对于拥有密钥的合法接收方，即使信号状态发生很大改变，依然可以通过密钥计算出隐藏在噪声中的明文信息。如图1所示是一个QNSC的基本流程框图。
首先，由线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register，LFSR)产生随机序列。发送端Alice与接收端Bob共享种子密钥。数据B是由种子密钥产生的随机序列，称为基态数据信息，用于数据加扰。Alice预先准备发送的信息是数据X＝(XI,XQ)。如果直接发送的数据X是普通的QAM信号，很容易被窃听者捕获。因此我们将数据X和与数据B联合编码，得到加扰后的密文数据S＝(SI，SQ)＝(XI⊕BI，XQ⊕BQ)。假设数据X和数据B每个符号分别由m和n个I/Q比特组成，那么加密数据S就由m+n个I/Q比特组成。密文映射后，由光纤传输到接收端Bob。信号被检测后，Bob用共享的密钥得到数据B，对数据译码，获取正确的明文信息。
DNA加密编码的原理主要如下。在DNA加密编码中，根据分子基因的特定配对性，将将基因中的碱基对应用于信号编码。在DNA携带的信息中，遗传物质碱基分别有：腺嘌呤(A)，胞嘧啶(C)，鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)，其中A与T为一堆互补的碱基，C与G是另一对互补的碱基。因为在信号处理的过程中，数据都是二进制的形式，所以“00”、“01”、“10”、“11”分别代表相应的四个碱基。因此这个四位二进制对也满足沃森-克里克互补原则，表现为“00”与“11”互补，“01”与“10”互补。根据互补关系，我们可以得到碱基对应的二进制对有如下的八种映射关系，参照表1。
Figure BDA0003606491200000071
表1
当信息被编码成碱基之后，还需要设计DNA算法，即进行碱基的运算。常见的算法主要有三种。具体如图2所示，其中，(a)是加法操作；(b)是异或运算；(c)是减法运算。
上述运算法则辅助于DNA编码的加密与解密。从图2中可以发现，DNA的加法运算和异或运算都是对称的运算，即逆运算就是二次运算，所以接收端只需要做二次运算即可实现解密。另一方面，DNA加密的的减法运算不是对称运算，所以在解密时不能直接二次运算，而是要根据实际运算结果编排映射关系。具体为，如果是减法运算，则AC＝G，AT＝A，AA＝C，AG＝T，所对应对解密规则为GC＝A，AT＝A，CA＝A，TG＝A。将三种运算应用于信息的运算，即可实现信号的加密。
DNA编码过程中需要混沌序列来控制编解码方式和DNA运算方式。在本发明中使用的是逻辑映射和Chen超混沌序列。
逻辑映射方程为：
Xn+1＝μ*Xn*(1-Xn)) (1)
其中，μ是分岔参数，Xn+1是由Xn迭代产生的混沌序列，n代表迭代次数。李亚普洛夫(LE)曲线是用于表示动力系统的稳定性的曲线，LE值大于0表示系统的吸引子临近的曲线不相关，运动呈现混沌态，无法预测系统的长期行为，因此一个混沌系统至少有一个LE值大于0.从图3中可以看到，当分岔参数μ∈(3.56,4]时，LE指数的值几乎都是大于0的，这表明μ在这个范围里取值，系统可以呈现混沌态。
Chen超混沌系统是在Lorenz基础上进一步探索得出的四维混沌系统。
Figure BDA0003606491200000081
其中a、b、c、d、e为系统参数，x、y、z、q为系统变量，设置系统参数的值a＝35，b＝7，c＝12，d＝3，e＝0.05.系统变量初值均为1时，可以得到Chen超混沌系统吸引子投影图。
如图4所示，其中，(a)是Chen超混沌系统x-y-z相图；(b)是Chen超混沌系统x-y相图；(c)是Chen超混沌系统y-z相图；(d)是Chen超混沌系统x-z相图。可以看出，Chen超混沌系统运动轨迹延伸到各个方向，高维混沌序列的的吸引子具有更复杂的内部结构，所以利用Chen超混沌进行加密会取得更好的加密效果。
如图5所示，为DNA编码加密过程。DNA碱基符号伪随机序列产生明文信息，我们首先要将二进制形式的明文信息转换成的形式，映射的方式需要由混沌序列K1决定。混沌序列K1是由Chen超沌系统产生的，同时Chen超混沌系统产生K2、K3和K4。逻辑映射混沌系统产生一组二进制基底混沌序列，由混沌序列K2决定映射方式。而K4控制DNA碱基符号变二进制信息的逆映射方式。因为映射的规则总共有八种，所以K1，K2和K3是范围1～8的随机整数序列。在K1和K2的控制下，我们分别得到由明文序列和逻辑映射得到的两组DNA碱基符号序列。接下来，用混沌序列K3对运算法则进行控制，K3是一组由{1，2，3}三个整数构成的混沌序列，分别控制两组DNA序列进行加法，减法或者异或运算。经过DNA运算后，得到一组新的DNA碱基符号序列，这组DNA序列是明文信息在四个Chen超混沌序列控制下与逻辑混沌映射序列加密而成。为了将信号送入光纤进行传输，得到的DNA序列需要被再次映射成二进制的形式，因此我们用混沌序列K4控制映射规则，将DNA碱基符号序列转换成二进制序列。生成的二进制序列已经经过DNA加密，与刚开始的明文序列是不同的，除非拥有正确的密钥，否则很难破解。
如图6所示，为DNA编码解密过程。解密时，K4控制映射规则需要先将密文信息由二进制形式转变为DNA符号形式。由于密文是由明文DNA符号与逻辑混沌序列DNA符号运算得到的，而逻辑混沌序列DNA符号由信息收发双方共享，因此将密文DNA符号和逻辑混沌序列DNA符号按照K3的运算规则进行逆运算，就可以得到明文DNA符号。最后，有混沌序列K1控制解运算，即可以解出明文信息。
SLM算法是一种有效的可降低OFDM系统中PAPR的性能的算法，它的基本思想是将同一信息序列与不同的相位序列进行加权处理，并对加权后的序列进行IFFT变换，从中选择PAPR值最小的一组信息序列传输。如图7所示，数据源是通过伪随机二进制信息生成的，然后调制后的信号经过并串转换之后，乘以不同的相位序列H，其中H＝[H1，H2，…HU]，每个Hi之中有与发送信号等长的相位序列。将相位相乘后的信号进行快速傅里叶反变换即可产生U个OFDM信号，通过计算，我们可以算出每一个波形的PAPR值，选最小的PAPR值并保留选择的相位序列Hi。基于SLM算法的PAPR抑制技术具有减少波形失真和功率损耗的优点，为了提高SLM算法的PAPR抑制性能，一个简单的方法是增加相位序列U的个数。
如图8所示，为本发明优选实施例中基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，其包括：
发送端步骤，包括：
S1、利用DNA编码将二进制明文信息进行DNA加密；其中，DNA编码采用五个混沌序列，包括由逻辑映射系统产生的二进制逻辑混沌序列和Chen超混沌系统产生的四个混沌序列K1、K2、K3和K4；如下：
上述公式描述的是四个混沌序列范围的计算过程，其中floor(.)表示向下取整；K1，K2分别用于控制关键序列和明文信息由二进制序列映射为DNA碱基符号的映射规则，K4用于将DNA加密的碱基符号映射成二进制密文，而映射规则有8种，因此，K1，K2和K4的范围是1-8的整数；当明文序列与关键序列都是DAN符号的形式后，K3控制明文序列和关键序列进行DNA运算的方式和顺序，DNA运算方式有加法，减法和异或三种，因此K3的范围是1-3的整数。可选地，通过伪随机序列产生二进制明文信息。
S2、对DNA加密后的信息进行QNSC加密；其中，QNSC加密采用逻辑混沌序列作为状态基，对DNA编码加密的信息进行加扰，信号由低阶变为成高阶；参照图9，例如，对于16/256-QAM QNSC信号而言，明文信息被DNA编码加密后为16-QAM信号，一个符号可以表示为(10,01),状态基为(11,01)，经过QNSC加密后，调制阶数变高，信息变为(1011,0101)。此时信号由低阶变为高阶，相邻信号之间的欧式距离变小，信号非常容易受被噪声淹没，信号的物理状态更容易被改变。明文信息在数字域被DNA加密后再经过QNSC加密，系统的安全性得到进一步提升。
S3、对QNSC加密后的信息进行QAM调制；
S4、将调制后的信息进行SLM运算；其中，SLM运算的相位序列由Chen超混沌系统随机产生；具体包括：
S41、由混沌序列K1和K2控制产生不同数量的相位序列组；
S42、将每一个载波信息分别乘以不同数量的相位序列，取PAPR值最小的信息进行传输；与传统的SLM算法不同的是，本发明的相位序列是由Chen超混沌序列产生的，所以在降低PAPR的同时，也能够增强QNSC在数字加密上的保密性能。
所述将每一个载波信息分别乘以不同数量的相位序列，公式如下：
Figure BDA0003606491200000101
Figure BDA0003606491200000102
其中，fix表示取四舍五入的整数，pi是得到的相位序列，N是OFDM-PON的数据载波数。
S5、对SLM运算后的信息添加循环冗余前缀；
S6、对添加循环冗余前缀的信息进行并/串转换后进入光纤传输。
进一步地，本发明基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法还包括：
接收端步骤，包括：
S7、接收加密信息，对接收的加密信息进行串/并转换；
S8、对加密信息去除循环冗余前缀；
S9、对加密信息进行快速傅里叶变换和相位还原；
S10、根据共享的密钥生成所述五个混沌序列，对加密信息进行QNSC解密和DNA解密，得到密文信息。
如图10所示，为16/256-QAM QNSC信号在不同数量相位序列降低系统峰均比性能曲线图，本方案设置生成的相位数量为M分别为64,128,256和512。圆形标记曲线表示未使用SLM技术的量子噪声流加密的16/256-QAMQNSC信号的互补累计分布函数(ComplementaryCumulative Distribution Function，CCDF)曲线，从图中可以看出，使用SLM后系统的PAPR值得到有效的抑制，在CCDF为10-3处取得了大于5dB的增益。为了提高SLM算法的PAPR抑制性能，常用的方法是增加相位序列的数量。然而，对于通信系统来说，实现大量的乘法和IFFT操作是很复杂的。考虑到抑制PAPR的性能和系统的运算成本，本发明中我们选取M＝128的情况，即每个OFDM载波上的信息乘以128个相位序列，选择最小PAPR值的信号进行传输。
为了验证本发明的有效性，通过图11的实验装置在超过30公里光纤的OFDM-PON系统中实现本发明。在实验中，子载波的总数设置为512，数据子载波的数目为128。首先由三个主要从参数n,μ,x0获得一个混沌序列，它们的值不固定，在本实验中被设置为1200，1.9125，0.618546564500112，通过QNSC将调制成高阶的QAM信号，然后加载到采样率为50GS/s的任意波形发生器(Arbitrary waveform generator,AWG)中，在连续波(Continuous wave,CW)激光器和马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder modulator,MZM)的作用下转换后的光信号，在30km的SMF中传输。在信号进入接收端之前，我们用一个掺铒光纤放大器(Erbium-doped fiber amplifier,EDFA)和可变光衰减器(Variable opticalattenuator,VOA)来调节信号功率，以保证光电检测器的正常响应，最后利用50GS/s的实时示波器采集数据基于离线数字信号处理(Digital signal processing,DSP)进行信号恢复。
进一步地，我们测量了16/256-QAM QNSC信号在使用文中和不使用SLM技术情况下的误码率情况，图12描述的分别是该情况下背对背和30公里时的接收光功率和误码率曲线图。可以看到，圆形标记曲线表示使用SLM技术之后，系统的误码率曲线与传统的QNSC信号相比有了明显的提高，在误码率为3.8×10-3处获取了1dB左右的增益。这是因为SLM技术降低了系统的PAPR值，减小了功率损耗和非线性噪声的影响。
穷举攻击是最常见的攻击方式。窃听者通过计算机列举出所有可能密钥去获取明文信息，这就要求加密系统要有足够大的密钥空间和安全性去应对这种攻击。DNA编码加强了量子噪声流加密数字加密部分的保密性，大大增强了其密钥空间。整个加密系统的密钥空间由Chen超混沌序列和逻辑映射混沌序列构成。逻辑混沌序列的密钥空间取决于分岔参数μ和初始值x0，其精度分别为1015和1016，因此其密钥空间为k1＝1015×1016＝1031。Chen超混度序列的密钥空间与系统参数a，b，c，d,，e和系统变量初值x0，y0，z0，q0有关，如图13所示，改变Chen超混沌系统参数和变量初始值精度，记录误码率发送突变的精度，密钥空间为k2＝1014×(1015)3×1017×(1015)4＝10136，因此，当DNA编码应用于量子噪声流加密技术后，整个加密系统的密钥空间为k＝k1×k2＝10167，与只使用逻辑混沌序列的量子噪声流加密技术相比，密钥空间由原来的1031扩大为10167安全性得到显著增强。
本发明优选实施例还公开了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一实施例中所述方法的步骤。
本发明优选实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述方法的步骤。
本发明优选实施例还公开了一种基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密系统，其包括：
发送端，所述发送端包括：
DNA加密模块，用以利用DNA编码将二进制明文信息进行DNA加密；其中，DNA编码采用五个混沌序列，包括由逻辑映射系统产生的二进制逻辑混沌序列和Chen超混沌系统产生的四个混沌序列；
QNSC加密，用以对DNA加密后的信息进行QNSC加密；其中，QNSC加密采用逻辑映射混沌序列作为状态基，对DNA编码加密的信息进行加扰，信号由低阶变为成高阶；
QAM调制模块，用以对QNSC加密后的信息进行QAM调制；
SLM运算模块，用以将调制后的信息进行SLM运算；其中，SLM运算的相位序列由Chen超混沌系统随机产生；
循环冗余前缀添加模块，用以对SLM运算后的信息添加循环冗余前缀；
并/串转换模块，用以对添加循环冗余前缀的信息进行并/串转换后进入光纤传输。
进一步地，该系统还包括：
接收端，所述接收端包括：
串/并转换模块，用以接收加密信息，对接收的加密信息进行串/并转换；
循环冗余前缀去除模块，用以对加密信息去除循环冗余前缀；
快速傅里叶变换和相位还原模块，用以对加密信息进行快速傅里叶变换和相位还原；
QNSC解密和DNA解密模块，用以根据共享的密钥生成所述五个混沌序列，对加密信息进行QNSC解密和DNA解密，得到密文信息。
本发明实施例中的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密系统用于实现前述的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，因此该系统的具体实施方式可见前文中的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。
另外，由于本实施例的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密系统用于实现前述的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，因此其作用与上述方法的作用相对应，这里不再赘述。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，其特征在于，包括：
发送端步骤，包括：
S1、利用DNA编码将二进制明文信息进行DNA加密；其中，DNA编码采用五个混沌序列，包括由逻辑映射系统产生的二进制逻辑混沌序列和Chen超混沌系统产生的四个混沌序列；
S2、对DNA加密后的信息进行QNSC加密；其中，QNSC加密采用逻辑映射混沌序列作为状态基，对DNA编码加密的信息进行加扰，信号由低阶变为成高阶；
S3、对QNSC加密后的信息进行QAM调制；
S4、将调制后的信息进行SLM运算；其中，SLM运算的相位序列由Chen超混沌系统随机产生；
S5、对SLM运算后的信息添加循环冗余前缀；
S6、对添加循环冗余前缀的信息进行并/串转换后进入光纤传输。
2.如权利要求1所述的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，其特征在于，Chen超混沌系统产生的四个混沌序列K1、K2、K3和K4，如下：
Figure QLYQS_1
上述公式描述的是四个混沌序列范围的计算过程，其中floor(.)表示向下取整；K1，K2分别用于控制关键序列和明文信息由二进制序列映射为DNA碱基符号的映射规则，K4用于将DNA加密的碱基符号映射成二进制密文，而映射规则有8种，因此，K1，K2和K4的范围是1-8的整数；当明文序列与关键序列都是DNA符号的形式后，K3控制明文序列和关键序列进行DNA运算的方式和顺序，DNA运算方式有加法，减法和异或三种，因此K3的范围是1-3的整数。
3.如权利要求2所述的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，其特征在于，步骤S4包括：
S41、由混沌序列K1和K2控制产生不同数量的相位序列组；
S42、将每一个载波信息分别乘以不同数量的相位序列，取PAPR值最小的信息进行传输。
4.如权利要求3所述的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，其特征在于，计算相位序列的公式如下：
Figure QLYQS_2
Figure QLYQS_3
其中，fix表示取四舍五入的整数，pi是得到的相位序列，N是OFDM-PON的数据载波数。
5.如权利要求1所述的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，其特征在于，在步骤S1之前，还包括：通过伪随机序列产生二进制明文信息。
6.如权利要求1所述的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密方法，其特征在于，还包括：
接收端步骤，包括：
S7、接收加密信息，对接收的加密信息进行串/并转换；
S8、对加密信息去除循环冗余前缀；
S9、对加密信息进行快速傅里叶变换和相位还原；
S10、根据共享的密钥生成所述五个混沌序列，对加密信息进行QNSC解密和DNA解密，得到密文信息。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-6中任意一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6任意一项所述方法的步骤。
9.基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密系统，其特征在于，包括：
发送端，所述发送端包括：
DNA加密模块，用以利用DNA编码将二进制明文信息进行DNA加密；其中，DNA编码采用五个混沌序列，包括由逻辑映射系统产生的二进制逻辑混沌序列和Chen超混沌系统产生的四个混沌序列；
QNSC加密模块，用以对DNA加密后的信息进行QNSC加密；其中，QNSC加密采用逻辑映射混沌序列作为状态基，对DNA编码加密的信息进行加扰，信号由低阶变为成高阶；
QAM调制模块，用以对QNSC加密后的信息进行QAM调制；
SLM运算模块，用以将调制后的信息进行SLM运算；其中，SLM运算的相位序列由Chen超混沌系统随机产生；
循环冗余前缀添加模块，用以对SLM运算后的信息添加循环冗余前缀；
并/串转换模块，用以对添加循环冗余前缀的信息进行并/串转换后进入光纤传输。
10.如权利要求9所述的基于DNA编码和SLM的量子噪声流加密系统，其特征在于，还包括：
接收端，所述接收端包括：
串/并转换模块，用以接收加密信息，对接收的加密信息进行串/并转换；
循环冗余前缀去除模块，用以对加密信息去除循环冗余前缀；
快速傅里叶变换和相位还原模块，用以对加密信息进行快速傅里叶变换和相位还原；
QNSC解密和DNA解密模块，用以根据共享的密钥生成所述五个混沌序列，对加密信息进行QNSC解密和DNA解密，得到密文信息。
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