光网络物理层中的安全脆弱性与光混沌保密技术

发布时间：2017-07-13 18:26

  本文关键词：光网络物理层中的安全脆弱性与光混沌保密技术

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【摘要】：在现代高速数据传输网络中,光纤通信网络已经成为了重要的通信工具。然而在光网络物理层中,存在着安全脆弱性:光信号可以通过光纤弯曲、熔融拉锥等方法不被察觉地被耦合获取。将干扰信号耦合注入到光纤中,通信质量会受到损伤。混沌光通信提供了物理层的安全加密。混沌信号具有高宽带,类噪声性质。混沌光通信系统中,混沌信号作为载波掩盖信号,加密过程在物理层实现,密钥为物理设备参数,使破解非常困难。在国际上,已有Gbit/s量级的混沌光通信系统。课题内容分为两部分,第一部分研究光泄露和光注入干扰两种物理层安全脆弱性因素。实验中,夹持式光耦合器实现了光纤耦合泄露并还原通信质量,在线熔融拉锥实现了低损耗、低分光比光接入。仿真显示,单波长光干扰能力最强。第二部分研究混沌通信系统性能。数值研究全光反馈和光电反馈混沌光通信系统,搭建光电反馈通信系统发送端。从多载波及加强保密性角度对全光反馈和光电反馈混沌系统进一步研究:针对全光反馈系统,研究带通滤波器在波分复用系统中对混沌通信的影响。当同步系数0.9,载波间隔最小为16.8GHz。滤波器带宽为16GHz;针对光电反馈系统,研究正交频分复用信号在该系统中通信性能,仿真显示BPSK、4QAM映射带来更好的通信性能,对应最大加载比为4.2和5.6;针对电反馈系统,利用色散模块实现系统二次加密。在设计的色散曲线下,提升破解难度50倍。
【关键词】：光纤 混沌 混沌激光 混沌光通信
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1;TN918
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景及研究意义13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.3 发展趋势16
• 1.4 本论文研究及结构安排16-19
• 第二章 光网络物理层中的安全脆弱性与保密通信19-35
• 2.1 概述19
• 2.2 光网络物理层中的安全脆弱性因素19-24
• 2.2.1 耦合泄露20-23
• 2.2.2 干扰攻击23-24
• 2.3 光纤通信物理层中的保密通信技术24-26
• 2.3.1 光码分多址加密技术24-25
• 2.3.2 量子光保密通信技术25-26
• 2.3.3 混沌光保密通信技术26
• 2.4 混沌光保密通信原理26-33
• 2.4.1 混沌光分类27-29
• 2.4.2 混沌分析工具29-30
• 2.4.3 混沌同步30-31
• 2.4.4 混沌调制31-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 光网络物理层中安全脆弱性研究35-47
• 3.1 概述35
• 3.2 光信号耦合泄露实验35-39
• 3.2.1 利用光纤夹持耦合器实现弯曲光泄露35-37
• 3.2.2 利用熔融拉锥实现耦合光泄露37-39
• 3.3 光信号干扰攻击仿真39-44
• 3.4 本章小结44-47
• 第四章 高速率混沌光保密通信系统研究47-59
• 4.1 概述47
• 4.2 全光反馈混沌光通信系统仿真47-53
• 4.2.1 系统结构47-48
• 4.2.2 系统模型仿真48-50
• 4.2.3 混沌同步仿真50-51
• 4.2.4 信号的调制与解调仿真51-53
• 4.3 光电反馈混沌光通信系统仿真和实验53-57
• 4.3.1 系统结构53
• 4.3.2 系统模型53-54
• 4.3.3 信号的调制与解调仿真54-55
• 4.3.4 光电反馈发送端实验55-57
• 4.4 全光反馈和光电反馈混沌光通信系统对比57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 波分复用下的全光反馈混沌光通信系统设计59-67
• 5.1 概述59
• 5.2 波分复用系统中全光反馈混沌光系统模型59-62
• 5.2.1 系统结构59-60
• 5.2.2 激光器模型60-61
• 5.2.3 光滤波器模型61
• 5.2.4 信号调制与解调61
• 5.2.5 同步性能评估61-62
• 5.3 波分复用系统中全光反馈的混沌光通信性能分析62-65
• 5.3.1 单信道下的混沌同步性能62-63
• 5.3.2 多信道下的混沌同步性能63
• 5.3.3 多信道下的信号调制和解调63-65
• 5.4 本章小结65-67
• 第六章 基于OFDM信号调制格式的光电反馈混沌光通信系统研究67-79
• 6.1 概述67
• 6.2 基于OFDM信号调制格式的光电反馈混沌光通信系统模型67-71
• 6.2.1 光电反馈混沌光通信系统结构67-68
• 6.2.2 OFDM收发机结构68-69
• 6.2.3 OFDM符号同步算法69-70
• 6.2.4 通信性能评估70-71
• 6.3 光电反馈混沌光系统对OFDM信号的加密性能分析71-77
• 6.3.1 时域和频域的加密效果71-73
• 6.3.2 接收端符号信噪比的影响因素73-75
• 6.3.3 接收信号质量和加密效果75-77
• 6.4 本章小结77-79
• 第七章 基于色散模块二次加密的光电反馈混沌光通信系统研究79-87
• 7.1 概述79
• 7.2 基于色散模块实现光电反馈混沌光通信系统二次加密的系统模型79-83
• 7.2.1 系统结构79-80
• 7.2.2 色散模块模型80-82
• 7.2.3 分步滑窗傅里叶方法82-83
• 7.2.4 同步性能评估83
• 7.3 基于色散模块实现光电反馈混沌光通信系统二次加密性能分析83-86
• 7.4 本章小结86-87
• 第八章 结束语87-89
• 8.1 主要工作与创新点87
• 8.2 后续研究工作87-89
• 参考文献89-95
• 致谢95-97
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文97-99

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