專利名稱：光保密通信系統(tǒng)及保密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光保密通信系統(tǒng)和方法，是一種適用于偏振移位鍵控(PolSK)光通信系統(tǒng)的光保密通信系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
Benedetto等人在上世紀(jì)九十年代將基于偏振調(diào)制的偏振移位鍵控技術(shù)引入到光數(shù)字通信中，并開始引起人們的注意。PolSK系統(tǒng)與傳統(tǒng)的光通信系統(tǒng)相比具有在光纖傳輸過程中免受光源相位噪聲、量子限噪聲的影響等優(yōu)點(diǎn)，適合于多二進(jìn)制或多電平調(diào)制的光通信。
人們對(duì)光保密通信的研究主要集中在物理層，如混沌或量子光保密通信等。由于以前的偽隨機(jī)序列發(fā)生器速率低，無法與光通信的高速率相匹配，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層0、1比特流與偽隨機(jī)序列逐位異或地加密，即無法實(shí)現(xiàn)流密碼加密。隨著ASIC技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)速率為幾百M(fèi)Hz的偽隨機(jī)序列發(fā)生器，初步適應(yīng)光通信的高速率。
流密碼是指利用少量的密鑰通過某種復(fù)雜的密碼算法產(chǎn)生大量的偽隨機(jī)位流，用以對(duì)明文位流的加密。1989年R.Mathews、D.wheeler等人首次將數(shù)字混沌用于流密碼與保密通信中，數(shù)字混沌開始引起人們的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種光保密通信系統(tǒng)及保密方法，將數(shù)字混沌與偏振移位鍵控技術(shù)相結(jié)合，在數(shù)字混沌的控制下，將數(shù)據(jù)層的明文位流以不同的PolSK方式調(diào)制到物理層的光偏振態(tài)流上，使之復(fù)雜化與隨機(jī)化，從而達(dá)到更為有效的保密效果。為達(dá)到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明的構(gòu)思是圖1列出了四種不同的PolSK星座圖。其中圖(a)表示2-PolSK的星座圖。圖(b)為3偏振態(tài)星座圖，可用于Duobinary-PolSK或2-DPolSK(DPolSK為差分偏振移位鍵控技術(shù))，圖(c)表示四偏振態(tài)星座圖，可用于四電平DD-PolSK(其中DD表示直接檢測(cè))，也可用于3-DPolSK。圖(d)為6-PolSK或4-DPolSK的星座圖。綜合圖1可知，S2＝-1點(diǎn)表示-45°線偏振態(tài)，在圖(a)星座圖中，表示一位已調(diào)二進(jìn)制信號(hào)；在(b)星座圖中，如采用2-DPolSK，則-45°線偏振態(tài)本身不調(diào)制任何信息，而它與前一碼元周期內(nèi)偏振態(tài)的相互關(guān)系被調(diào)制了一位二進(jìn)制信息。圖(c)中，-45°線偏振態(tài)代表2位二進(jìn)制信息。同時(shí)，在圖(d)中，可能表示3位二進(jìn)制信息。由此可見，一個(gè)偏振態(tài)在不同的PolSK方式中調(diào)制了不同的信息(位數(shù)和數(shù)值)。
對(duì)于圖2這樣的星座圖，有C62×P21=30]]>種2-PolSK方式、C63×P33=120]]>種Duobinary-PolSK方式、C63×C32×P21=120]]>種2-DPolSK方式、C64×P44=360]]>種4-PolSK調(diào)制方式、至少(C64×P44)6=2.18×1015]]>種4-DPolSK方式。假設(shè)在其中選取8種PolSK調(diào)制方式，約有1.28×10118種組合選擇。當(dāng)星座點(diǎn)多于6個(gè)偏振態(tài)或選取的調(diào)制方式多于8種時(shí)，可選的調(diào)制方式組合將遠(yuǎn)大于1.28×10118。
根據(jù)以上原理，提出一種基于偏振移位鍵控技術(shù)的光保密通信系統(tǒng)加密方法物理層選用若干個(gè)固定的偏振態(tài)，則基于上述偏振態(tài)的PolSK調(diào)制方式種類繁多。從上述PolSK方式中任意選取2n種作為通信系統(tǒng)的調(diào)制方式，則它們所涉及到的偏振態(tài)相互間部分或完全重疊，且可選PolSK方式組合種類數(shù)量巨大。發(fā)送端編碼芯片，含有n個(gè)基于混沌映射高速偽隨機(jī)序列發(fā)生器，通過一個(gè)n-2n譯碼器分別控制2n種不同的PolSK調(diào)制編碼。在高速偽隨機(jī)序列發(fā)生器組的控制下，在不同系統(tǒng)時(shí)鐘周期用不同PolSK方式將明文位流調(diào)制到光偏振態(tài)流上。接收端解碼芯片，在n個(gè)同步的偽隨機(jī)序列發(fā)生器和相同的譯碼器控制下，用相應(yīng)的PolSK解碼方式解調(diào)和恢復(fù)出明文位流。
由于控制序列的混沌隨機(jī)性，使得系統(tǒng)在不同時(shí)鐘周期采用的調(diào)制方式也帶有混沌隨機(jī)性；同時(shí)由于攻擊者很難從龐大PolSK方式組合中破解出系統(tǒng)使用的特定PolSK方式組合。上述特點(diǎn)使得攻擊者很難確定系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)采用了何種PolSK調(diào)制方式，從而在物理層與數(shù)據(jù)層之間建立了加密屏障。該保密方案將特定的PolSK方式組合與數(shù)字混沌系統(tǒng)組合作為密鑰，將明文序列加密并調(diào)制到偏振態(tài)流上。傳統(tǒng)的光保密系統(tǒng)往往采用一種調(diào)制方案，當(dāng)攻擊者竊取了傳輸信號(hào)后通過調(diào)制方式的識(shí)別，便能得到發(fā)送的比特流信息。對(duì)于本發(fā)明提出的系統(tǒng)，攻擊者很難根據(jù)物理層的偏振態(tài)流破解出數(shù)據(jù)層的比特流信息。
根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種光保密通信系統(tǒng)，包括一個(gè)由發(fā)射機(jī)光路和發(fā)射機(jī)電路組成的發(fā)射機(jī)及一個(gè)由接收機(jī)光路和接收機(jī)電路組成的接收機(jī)，所述的發(fā)射機(jī)光路通過光纖鏈路連接所述的接收機(jī)光路，所述的發(fā)射機(jī)電路中有發(fā)射機(jī)編碼芯片，所述的接收機(jī)電路中有接收機(jī)解碼芯片，所述的發(fā)射機(jī)編碼芯片采用4種調(diào)制編碼方式，并按照片內(nèi)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的2路偽隨機(jī)序列的順序選用具體的調(diào)制編碼方式，將明文調(diào)制并發(fā)送；在同一時(shí)鐘周期內(nèi)，所述的接收機(jī)解碼芯片根據(jù)其內(nèi)部同步的2路偽隨機(jī)序列采用相應(yīng)的調(diào)制解碼方式，進(jìn)而解調(diào)出發(fā)送的原始明文序列。
上述的發(fā)射機(jī)光路的結(jié)構(gòu)是一個(gè)光源輸出光束經(jīng)一個(gè)線偏振器后由一個(gè)偏振分束器分為兩路，分別連接至2個(gè)光相位調(diào)制器，再經(jīng)一個(gè)偏振合束器及一個(gè)偏振分束器后分為兩路，其中一路經(jīng)過一個(gè)光相位調(diào)制器，兩路經(jīng)一個(gè)偏振合束器合束后輸入所述的光纖鏈路；所述的各器件連接線均為保偏光纖。
上述的接收機(jī)光路的結(jié)構(gòu)是由所述的光纖鏈路傳輸?shù)墓馐?jīng)一個(gè)穩(wěn)偏儀、再經(jīng)一個(gè)1×3保偏分路器后分成三路一路經(jīng)一個(gè)1/4波片連接至一個(gè)偏振分束器，而另二路直接連接至二個(gè)偏振分束器，所述的三個(gè)偏振分束器的輸出分別級(jí)聯(lián)6個(gè)光電探測(cè)器；所述的各器件連接線均為保偏光纖。
上述的發(fā)射機(jī)電路的結(jié)構(gòu)是所述的編碼芯片有2路明文序列輸入及3路光相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電壓輸出d1、d2、d3；3路驅(qū)動(dòng)電壓分別經(jīng)三個(gè)基于運(yùn)放的可調(diào)限幅電路再經(jīng)三個(gè)功率放大器后驅(qū)動(dòng)所述的發(fā)射機(jī)光路中的3個(gè)光相位調(diào)制器。
上述的接收機(jī)電路的結(jié)構(gòu)是所述的接收機(jī)光路的6個(gè)光電探測(cè)器輸出連接至三個(gè)運(yùn)放電路后轉(zhuǎn)換為3路電信號(hào)，分別經(jīng)三個(gè)低通濾波、三個(gè)變壓器、三個(gè)兩級(jí)差分放大器和三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器后輸入所述的解碼芯片，解碼芯片輸出明文序列。
一種光保密通信的保密方法，采用上述的光保密通信系統(tǒng)進(jìn)行保密通信，其特征在于采用4種偏振移位鍵控調(diào)制方式；在物理層選取固定的6個(gè)光偏振態(tài)的前提下，是基于上述6偏振態(tài)的2-PolSK，2-DPolSK，四電平DD-PolSK，6-PolSK或4-DPolSK等方式。
上述的編碼芯片基于如下工作方式片內(nèi)利用2個(gè)數(shù)字混沌映射(Logistic、Henon)產(chǎn)生2路偽隨機(jī)控制序列，通過一個(gè)2-4譯碼器分別控制4種不同的PolSK編碼方式。編碼芯片根據(jù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的2路控制序列經(jīng)譯碼器選擇一種PolSK編碼方式，將明文調(diào)制到該P(yáng)olSK方式中的相應(yīng)偏振態(tài)上，即產(chǎn)生相應(yīng)的3路調(diào)相器驅(qū)動(dòng)電壓d1、d2、d3，驅(qū)動(dòng)光路向信道發(fā)送上述的一個(gè)偏振態(tài)。
上述的解碼芯片基于如下工作方式片內(nèi)含有與編碼芯片同步的2路偽隨機(jī)控制序列發(fā)生器，相同的2-4譯碼器及對(duì)應(yīng)的4種不同的PolSK解碼方式。解碼芯片根據(jù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的同步控制序列經(jīng)譯碼器選擇一種PolSK解碼方式，將輸入的Stokes參數(shù)(S1、S2、S3)解碼，并輸出明文。
在上述的光保密通信的保密方法中，將4種PolSK與2種數(shù)字混沌系統(tǒng)組合作為密鑰，將明文加密并調(diào)制到偏振態(tài)碼流上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提出將特定的數(shù)字混沌組合與幾種PolSK調(diào)制方式作為系統(tǒng)密鑰，將數(shù)據(jù)層明文位流加密并調(diào)制到偏振態(tài)碼流上。即將數(shù)據(jù)層和物理層之間的關(guān)系復(fù)雜化與隨機(jī)化，從而達(dá)到保密的效果。傳統(tǒng)技術(shù)往往只采用一種調(diào)制方式，本發(fā)明利用數(shù)字混沌控制多種PolSK調(diào)制方式的選用，增加了系統(tǒng)的保密性。


圖1為四種PolSK的星座圖。
圖2為本發(fā)明物理層所用的6偏振態(tài)星座圖。
圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖4為本發(fā)明的編/解碼芯片內(nèi)部邏輯框圖。
具體實(shí)施方案舉例本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例參見圖2、圖3、圖4及表1、表2、表3。本實(shí)例物理層選取圖2所示6個(gè)偏振態(tài)，采用基于以上6偏振態(tài)的4種四電平調(diào)制PolSK，如表2、3所示。系統(tǒng)組成如圖3、4所示。系統(tǒng)的元件參見圖3，發(fā)射機(jī)由光路部分10及電路部分13組成。其中光路部分10由光源1、線偏振器2、偏振分束器3、7、光相位調(diào)制器4、5、8、偏振合束器6、9構(gòu)成；電路部分13由編碼芯片31、三個(gè)運(yùn)方電路32、33、34和三個(gè)功率放大器35、36、37構(gòu)成。光源1為AV38124A光源；線偏振器2為General Photonics公司的PLC-004-FC/PC-7線偏振器；偏振分束器3、7均采用General Photonics公司的PBS-001-P-03-SM-FC/PC；偏振合束器6、9均采用General Photonics公司的PBC-001-P-03-SM-FC/PC；相位調(diào)制器4、5、8采用CRYSTAL TECHNOLOGY公司的Model2088；電路部分13中31為編碼芯片，采用ALTERA公司的可編程FPGA芯片EP2C8Q208C8；運(yùn)放32、33、34為ANALOG DEVICES公司的AD8099型寬帶運(yùn)放；功率放大器35、36、37為固定增益寬帶功率放大器，采用MiniCircuit公司的ZFL-2500VH。11、12為兩路待發(fā)送的明文序列。光纖鏈路14為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖鏈路。
接收機(jī)由光路部分15及電路部分28組成。其中光路部分15由穩(wěn)偏儀16、保偏分路器17、1/4波片18、三個(gè)偏振分束器19、20、21和6個(gè)光電探測(cè)器22、23、24、25、26、27構(gòu)成；電路部分28由三個(gè)運(yùn)放電路38、39、40、三個(gè)低通濾波器41、42、43、三個(gè)變壓器44、45、46、六個(gè)差分放大器47、48、49、50、51、52、三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器53、54、55和一個(gè)解碼芯片56構(gòu)成。穩(wěn)偏儀16為General Photonics公司的POS-103A穩(wěn)偏儀；保偏分路器17為上海康闊公司提供的1×3保偏分路器；1/4波片18采用京永光電公司的產(chǎn)品；偏振分束器19、20、21均采用GeneralPhotonics公司的PBS-001-P-03-SM-FC/PC；6個(gè)光電探測(cè)器22、23、24、25、26、27均采用深圳飛通公司PT4153-5系列中的OC-24PIN+TIA Receiver Module；電路部分28中運(yùn)放38、39、40為ANALOG DEVICES公司的AD8099型寬帶運(yùn)放；低通濾波器41、42、43由RC電路構(gòu)成；寬帶變壓器44、45、46采用線藝公司的WBC1-1TLB；六個(gè)差分寬帶放大器47、48、49、50、51、52均采用ANALOG DEVICES公司的AD8351；A/D轉(zhuǎn)換器53、54、55均為ANALOG DEVICES公司的高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9480；解碼芯片56采用ALTERA公司的可編程FPGA芯片EP2C8Q208C8。29、30為解調(diào)出的明文序列。
編/解碼芯片31、56均通過QUARTUSII6.0用Verilog HDL語言進(jìn)行配置，配置后的內(nèi)部邏輯如圖4所示。編/解碼芯片由時(shí)鐘分配邏輯模塊、混沌偽隨機(jī)序列發(fā)生器邏輯模塊、同步邏輯模塊、譯碼器邏輯模塊及編/解碼邏輯模塊組成。其中混沌偽隨機(jī)序列邏輯模塊基于Logistic和Henon兩混沌映射，并采取一定的周期延長(zhǎng)處理。
各元件之間的連接和工作原理如下光源1向線偏振器2輸入連續(xù)光波，經(jīng)偏振器2后變?yōu)?45°線偏振光，輸入偏振分束器3后分為X方向與Y方向兩正交線偏振光，X方向輸入90°光相位調(diào)制器4、Y方向輸入180°光相位調(diào)制器5，兩調(diào)相器輸出經(jīng)偏振合束器6合成一束偏振光。當(dāng)光相位調(diào)制器4、5均沒有電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，偏振合束器6的輸出為-45°線偏振光，即圖2中的1；當(dāng)光相位調(diào)制器4有電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，偏振合束器6的輸出為左旋圓偏振光，即圖2中的6；當(dāng)光相位調(diào)制器5有電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，偏振合束器6的輸出為45°線偏振光，即圖2中的2；當(dāng)光相位調(diào)制器4、5均有電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，偏振合束器6的輸出為右旋圓偏振光，即圖2中的5。偏振合束器6的輸出經(jīng)過傾斜45°的偏振分束器7后分為兩路正交偏振光，其中一路直接輸入傾斜45°的偏振合束器9、另一路經(jīng)90°光相位調(diào)制器8后輸入偏振合束器9。同理可得3個(gè)調(diào)相器4、5、8的驅(qū)動(dòng)電壓d1、d2、d3與偏振合束器9的輸出偏振態(tài)的關(guān)系如表1所示。偏振合束器9的輸出直接與光纖鏈路14相連接。明文序列Data1(11)、Data2(12)輸入編碼芯片31后，經(jīng)PolSK調(diào)制編碼并輸出調(diào)相驅(qū)動(dòng)電壓d1、d2、d3(lvttl電平)，3路調(diào)相器驅(qū)動(dòng)電壓d1、d2、d3經(jīng)由運(yùn)放32、33、34構(gòu)成的可調(diào)衰減電路限幅后，輸入固定增益功率放大器35、36、37，它們的輸出分別連接光相位調(diào)制器4、5、8。
偏振光信號(hào)經(jīng)過光纖鏈路時(shí)由于溫度等影響，導(dǎo)致偏振態(tài)發(fā)生了慢變化。偏振光波首先到達(dá)接收機(jī)的穩(wěn)偏儀16，用以去除光纖鏈路14中的慢干擾，再經(jīng)1×3保偏分路器17分為光強(qiáng)、偏振都相同的3路偏振光。其中1路輸入0°的偏振分束器19、1路輸入傾斜45°的偏振分束器20、1路經(jīng)過1/4波片18與0°的偏振分束器21。偏振分束器19、20、21的6個(gè)輸出分別連接6個(gè)光電探測(cè)器22、23、24、25、26、27。6個(gè)光電探測(cè)器的輸出經(jīng)由運(yùn)放38、39、40構(gòu)成的減法器后輸出3路Stokes電信號(hào)S1、S2、S3。S1、S2、S3經(jīng)低通濾波器41、42、43去除高頻噪聲，再輸入寬帶變壓器44、45、46轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)。差分信號(hào)S1、S2、S3經(jīng)差分放大器47、48、49、50、51、52兩級(jí)放大后，它們的幅度達(dá)到了A/D轉(zhuǎn)換器53、54、55的動(dòng)態(tài)范圍。A/D轉(zhuǎn)換器53、54、55的輸出分別為S1、S2、S3的并行數(shù)字信號(hào)，并行輸入解碼芯片56。解碼芯片56將Stokes參數(shù)解調(diào)并輸出明文序列Data1(29)、Data2(30)。
系統(tǒng)上電后，編碼芯片31內(nèi)同步邏輯模塊在系統(tǒng)時(shí)鐘的觸發(fā)下，產(chǎn)生包含同步時(shí)基的同步序列，順序輸入編碼模塊，輸入完成后向偽隨機(jī)序列發(fā)生器邏輯模塊發(fā)送使能信號(hào)。序列發(fā)生器邏輯包含2個(gè)基于混沌的偽隨機(jī)序列發(fā)生器，并行輸入片內(nèi)的2-4譯碼器，序列發(fā)生器邏輯需同步邏輯的使能信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)鐘觸發(fā)方能啟動(dòng)。編碼芯片31利用一個(gè)2-4譯碼器分別控制4種如表2、3所示的PolSK調(diào)制編碼。同步序列發(fā)送階段內(nèi)，由于序列發(fā)生器組尚未啟動(dòng)，譯碼器輸入均為0，則編碼芯片31始終用表2中第一種4-PolSK將同步序列調(diào)制到相應(yīng)的偏振態(tài)流上，即產(chǎn)生與偏振態(tài)流相對(duì)應(yīng)的調(diào)相器驅(qū)動(dòng)序列d1、d2、d3，分別輸入3個(gè)光相位調(diào)制器4、5、8，發(fā)射機(jī)光路10根據(jù)表1的對(duì)應(yīng)關(guān)系向光纖鏈路14發(fā)送光偏振態(tài)流。調(diào)制著同步序列的光偏振態(tài)流到達(dá)接收機(jī)后，轉(zhuǎn)化為并行數(shù)字信號(hào)S1、S2、S3同時(shí)輸入解碼芯片56。解碼芯片56與編碼芯片31相對(duì)應(yīng)，通過一個(gè)2-4譯碼器分別控制如表2、3所示的4種PolSK調(diào)制解碼。由于解碼芯片56同步邏輯模塊未發(fā)送使能信號(hào)，序列發(fā)生器邏輯模塊處于非啟動(dòng)狀態(tài)，則譯碼器輸入均為0。同步序列發(fā)送階段內(nèi)，解碼芯片56始終用表2的第一種4-PolSK解調(diào)Stokes參數(shù)并向同步邏輯模塊輸入解調(diào)后的同步序列。同步邏輯模塊識(shí)別到同步序列中的同步時(shí)基后，使能片內(nèi)序列發(fā)生器，將其與編碼芯片31的序列發(fā)生器置于同步狀態(tài)。
系統(tǒng)兩芯片31、56內(nèi)基于混沌的偽隨機(jī)序列發(fā)生器同步后，進(jìn)入明文發(fā)送階段。在系統(tǒng)時(shí)鐘的觸發(fā)下，編碼芯片31的混沌序列發(fā)生器邏輯模塊不斷產(chǎn)生2路偽隨機(jī)序列，利用譯碼器實(shí)時(shí)控制表2、3所示的4種PolSK調(diào)制編碼。一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期內(nèi)，編碼芯片31根據(jù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的2路偽隨機(jī)序列經(jīng)譯碼器選擇表2、3的一種PolSK調(diào)制方式，將當(dāng)前時(shí)鐘周期內(nèi)輸入的明文Data1(11)、Data2(12)用選中的PolSK進(jìn)行調(diào)制，將明文調(diào)制到該P(yáng)olSK方式中的相應(yīng)偏振態(tài)上，即根據(jù)表1產(chǎn)生與該偏振態(tài)相對(duì)應(yīng)的調(diào)相器驅(qū)動(dòng)序列d1、d2、d3，以驅(qū)動(dòng)發(fā)射機(jī)光路10向信道發(fā)送一個(gè)加密的光偏振態(tài)。接收端在同一系統(tǒng)周期內(nèi)，把接收到的光偏振態(tài)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的Stokes參數(shù)，并行輸入解碼芯片56。解碼芯片56在同步的序列發(fā)生器實(shí)時(shí)控制下選擇相應(yīng)的PolSK調(diào)制解碼，根據(jù)Stokes參數(shù)解調(diào)出明文Data1(29)、Data2(30)并輸出。
表1d1，d2，d3、S1，S2，S3與偏振態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系

表2調(diào)制方案組合

表3差分編碼表

權(quán)利要求
1.一種光保密通信系統(tǒng)，包括一個(gè)由發(fā)射機(jī)光路(10)和發(fā)射機(jī)電路(13)組成的發(fā)射機(jī)及一個(gè)由接收機(jī)光路(15)和接收機(jī)電路(28)組成的接收機(jī)，所述的發(fā)射機(jī)光路(10)通過光纖鏈路(14)連接所述的接收機(jī)光路(15)，所述的發(fā)射機(jī)電路(13)中有發(fā)射機(jī)編碼芯片(31)，所述的接收機(jī)電路(28)中有接收機(jī)解碼芯片(56)，其特征在于所述的發(fā)射機(jī)編碼芯片(31)采用4種調(diào)制編碼方式，并按照片內(nèi)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的2路偽隨機(jī)序列的順序選用具體的調(diào)制編碼方式，將明文調(diào)制并發(fā)送；在同一時(shí)鐘周期內(nèi)，所述的接收機(jī)解碼芯片(56)根據(jù)其內(nèi)部同步的2路偽隨機(jī)序列采用相應(yīng)的調(diào)制解碼方式，進(jìn)而解調(diào)出發(fā)送的原始明文序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光保密通信系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)射機(jī)光路(10)的結(jié)構(gòu)是一個(gè)光源(1)輸出光束經(jīng)一個(gè)線偏振器(2)后由一個(gè)偏振分束器(3)分為兩路，分別連接至2個(gè)光相位調(diào)制器(4、5)，再經(jīng)一個(gè)偏振合束器(6)及一個(gè)偏振分束器(7)后分為兩路，其中一路經(jīng)過一個(gè)光相位調(diào)制器(8)，兩路經(jīng)一個(gè)偏振合束器(9)合束后輸入所述的光纖鏈路(14)；所述的各器件連接線均為保偏光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光保密通信系統(tǒng)，其特征在于所述的接收機(jī)光路(15)的結(jié)構(gòu)是由所述的光纖鏈路(14)傳輸?shù)墓馐?jīng)一個(gè)穩(wěn)偏儀(16)、再經(jīng)一個(gè)1×3保偏分路器(17)后分成三路一路經(jīng)一個(gè)1/4波片(18)連接至一個(gè)偏振分束器(21)，而另二路直接連接至二個(gè)偏振分束器(19、20)，所述的三個(gè)偏振分束器(21、19、20)的輸出分別級(jí)聯(lián)6個(gè)光電探測(cè)器(22、23、24、25、26、27)；所述的各器件連接線均為保偏光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光保密通信系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)射機(jī)電路(13)的結(jié)構(gòu)是所述的編碼芯片(31)有2路明文序列(11、12)輸入及3路光相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電壓輸出(d1、d2、d3)；3路驅(qū)動(dòng)電壓分別經(jīng)三個(gè)基于運(yùn)放(32、33、34)的可調(diào)限幅電路，再經(jīng)三個(gè)功率放大器(35、36、37)后驅(qū)動(dòng)所述的發(fā)射機(jī)光路(10)中的3個(gè)光相位調(diào)制器(4、5、8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光保密通信系統(tǒng)，其特征在于所述的接收機(jī)電路(28)的結(jié)構(gòu)是所述的接收機(jī)光路(15)的6個(gè)光電探測(cè)器(22、23、24、25、26、27)輸出連接至三個(gè)運(yùn)放電路(38、39、40)后轉(zhuǎn)換為3路電信號(hào)，分別經(jīng)三個(gè)低通濾波(41、42、43)、三個(gè)變壓器(44、45、46)、三個(gè)兩級(jí)差分放大器(47、48、49、50、51、52)和三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器(53、54、55)后輸入所述的解碼芯片(56)，解碼芯片(56)輸出明文序列(29、30)。
6.一種光保密通信的保密方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的光保密通信系統(tǒng)進(jìn)行保密通信，其特征在于采用4種偏振移位鍵控調(diào)制方式；在物理層選取固定的6個(gè)光偏振態(tài)的前提下，是基于上述6偏振態(tài)的2-PolSK，2-DPolSK，四電平DD-PolSK，6-PolSK或4-DPolSK等方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光保密通信系統(tǒng)的保密方法，其特征在于所述的編碼芯片(31)基于如下工作方式片內(nèi)利用2個(gè)數(shù)字混沌映射(Logistic、Henon)產(chǎn)生2路偽隨機(jī)控制序列，通過一個(gè)2-4譯碼器分別控制4種不同的PolSK編碼方式。編碼芯片(31)根據(jù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的2路控制序列經(jīng)譯碼器選擇一種PolSK編碼方式，將明文(11、12)調(diào)制到該P(yáng)olSK方式中的相應(yīng)偏振態(tài)上，即產(chǎn)生相應(yīng)的3路調(diào)相器驅(qū)動(dòng)電壓(d1、d2、d3)，驅(qū)動(dòng)光路(10)向信道發(fā)送上述的一個(gè)偏振態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光保密通信系統(tǒng)的保密方法，其特征在于所述的解碼芯片(56)基于如下工作方式片內(nèi)含有與編碼芯片(31)同步的2路偽隨機(jī)控制序列發(fā)生器，相同的2-4譯碼器及對(duì)應(yīng)的4種不同的PolSK解碼方式。解碼芯片根據(jù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的同步控制序列經(jīng)譯碼器選擇一種PolSK解碼方式，將輸入的Stokes參數(shù)(S1、S2、S3)解碼，并輸出明文(29、30)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、6、7所述的光保密通信系統(tǒng)的保密方法，其特征在于將4種PolSK與2種數(shù)字混沌系統(tǒng)組合作為密鑰，將明文加密并調(diào)制到偏振態(tài)碼流上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光保密通信系統(tǒng)及保密方法。本系統(tǒng)包括一個(gè)由發(fā)射機(jī)光路和發(fā)射機(jī)電路組成的發(fā)射機(jī)及一個(gè)由接收機(jī)光路和接收機(jī)電路組成的接收機(jī)，所述的發(fā)射機(jī)光路通過光纖鏈路連接所述的接收機(jī)光路，所述的發(fā)射機(jī)電路中有發(fā)射機(jī)編碼芯片，所述的接收機(jī)電路中有接收機(jī)解碼芯片，所述的發(fā)射機(jī)編碼芯片采用4種調(diào)制編碼方式，并按照片內(nèi)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的2路偽隨機(jī)序列的順序選用具體的調(diào)制編碼方式，將明文調(diào)制并發(fā)送；在同一時(shí)鐘周期內(nèi)，所述的接收機(jī)解碼芯片根據(jù)其內(nèi)部同步的2路偽隨機(jī)序列采用相應(yīng)的調(diào)制解碼方式，進(jìn)而解調(diào)出發(fā)送的原始明文序列。本發(fā)明的系統(tǒng)發(fā)射機(jī)在基于數(shù)字混沌的偽隨機(jī)序列控制下，將明文序列用不同的PolSK方式調(diào)制到相應(yīng)的偏振態(tài)上，向信道發(fā)送加密的偏振態(tài)隨機(jī)碼流。系統(tǒng)接收機(jī)從接收到的偏振態(tài)隨機(jī)碼流中提取同步時(shí)基，在同步的偽隨機(jī)序列控制下，采用相應(yīng)的PolSK調(diào)制方式解調(diào)出明文序列。本發(fā)明能達(dá)到有效保密效果。
文檔編號(hào)H04L9/00GK101068130SQ20071004114
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者羅璠, 方捻, 郭小丹, 王春華, 黃肇明 申請(qǐng)人:上海大學(xué)