数字密钥调制反馈相位增强混沌光通信安全性的研究

发布时间：2020-11-17 06:38

　　 由于混沌信号具有类噪声、宽频谱和不可预测等特性,可被应用于保密通信。普通、简单的光反馈使半导体激光器引入一个自由度,产生混沌激光,但也普遍存在反馈引起的混沌时延信号,即在混沌激光的自相关曲线反馈时延处具有明显的峰值,这会对混沌保密通信的安全性产生严重影响。同时,用激光器内部参数作为通信的密钥,不仅不易改变,而且密钥参数空间有限。因此,消除混沌时延信号与增大密钥空间对于混沌保密通信系统的安全性至关重要。如何解决这两个关键问题是现有混沌保密通信研究的热点,本文选择这一课题作为研究方向,旨在优化混沌输出,增强保密通信的安全性。其研究内容及结果如下:(1)用数字序列作为密钥,通过数字信号处理器与任意波发生器,控制外腔光反馈的相位随机变化,输出动力学复杂的混沌信号。该方案有效消除了混沌时延信号,同时增大了密钥空间,确保了传输信息的安全性。并以此为基础,设计了单向与双向混沌保密通信系统,成功实现了双向混沌保密通信,研究了传输信道信噪比对信号误码率的影响。(2)一种利用任意波调制反馈相位输出混沌光的方案被提出,采用自相关和互信息技术确认混沌时延信号被有效抑制。数值研究了反馈强度以及调制频率与调制深度对混沌信号强度与相位信息时延特征隐藏的影响,表明在合适的参数条件下,可以输出无时延且频谱平坦的混沌光源信号。(3)一种基于单反馈相位调制的混沌保密通信系统方案被设计,以多进制随机方波作为通信密钥,对反馈光进行相位调制,输出宽频谱、无时延的混沌信号。将信息调制在混沌载波中,在接收端被有效解调输出。在不同信道信噪比条件下,通过比较接收端两路混沌信号的同步性与解调输出信息的误码率,研究了混沌信息调制与混沌隐藏两种信息加密方式。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN918.4;O415.5
【部分图文】：

图 2-1 数字密钥与光反馈单向混沌保密通信原理图 Schematic diagram of unidirection chaotic secure communication with digital key afeedback-1 阐述了 Alice 与 Bob 两端通过信道传输进行混沌保密通信的过程。对外腔反馈光进行相位调制，半导体激光器输出混沌信号，通过光隔后将待传输的信息加载在混沌载波中，通过信道传输到达接收端，光其中一束作为比较信号，另一束驱动与发射端同配置且相位调制的外出混沌信号，两束信号分别经过相同的光电探测器后，解调输出加载始信息。混沌保密通信原理字随机序列作为密钥，通过数字信号处理器控制任意波发生器，产生

图 2-2 数字密钥与光反馈双向混沌保密通信原理图chematic diagram of bi-direction chaotic secure communication with digital key feedback2 以原理示意图的方式阐述了 Alice 和 Bob 双向混沌保密通信的过密钥，通过数字信号处理器，控制任意波发生器，输出多进制随机变与反馈镜之间放入一个可变时延模块，并将方波序列作用于该模块机变化，从而激光器输出高维混沌信号。该混沌信号通过光隔离器为 50:50 的两路信号，经过掺铒光纤放大器分别进入 Alice 与 Bob 两信为例，混沌信号通过光纤耦合器 1，被选择只经过上端，而不经在混沌载波中，通过传输信道，经过光循环器 2 到达 Bob 端。而另纤耦合器 2，被选择只经过下端，而不经过上端，这样两路信号分比较解调输出被加载的信息。同理，反向即可完成 Bob 向 Alice 的通

) ( ) ( )tht t t 其中，式(2-1)-式(2-3)分别为载流子密度、光子密度以及相位的速率方程，I 为，e 为电荷电量，V 为激光腔有源区体积，τn为载流子寿命，τp为光子寿命，增益系数，N0为透明载流子密度，ε 为饱和系数，β 为自发辐射因子，Γ 为限α 为线宽增强因子，kcf为反馈速率。(5)式表示反馈引入的相对相位，ωth为激出角频率，τ 为外腔光反馈时间。本文通过光在外腔随机延时反馈，影响激光密度、光子密度以及相位变化，从而输出动力学复杂的混沌光。.2 输出特性典型的激光器参数值如下：e=1.6×10-19C，α=5，g=2×10-12，N0=1×1024，τp=2ps，τn=8mA，ε=3×10-23，V=1.5×10-16，β=1×10-5，Γ=0.5，kcf=0.23，ωth为中心波长 155角频率，设定固定时延τ为 4ns。
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本文编号：2887193