[发明专利]基于细胞神经网络的OFDM-PON系统的加密及解密方法

说明书

本发明属于光通信加密技术领域，具体涉及基于细胞神经网络的OFDM‑PON系统的加密及解密方法；加密方法包括：构建细胞神经网络的动态密钥集合，对输入的数字信号求和取模运算，将得到的值作为细胞神经网络动态密钥集合的索引值；通过索引值确定细胞神经网络的初始值，以此生成相应的混沌序列作为OFDM‑PON系统的同步序列；利用细胞神经网络生成的混沌序列与索引值对原始数据进行抗选择明文攻击加密，经过OFDM调制及电光调制转换后进入光纤传输。本发明利用细胞神经网络的混沌特性，将多个初始值组合成一个密钥集合，每次随机选取密钥以提升密钥的动态特性，同时利用发送明文的随机性构建抗选择明文攻击加密方案，安全性高。

技术领域

本发明属于光通信加密技术领域，具体涉及基于细胞神经网络的OFDM-PON系统的加密及解密方法。

背景技术

近年来，随着社会化信息程度不断提高，云计算、高清视频、虚拟现实等新兴业务的不断涌现，终端用户对接入带宽、接入容量和接入业务能力的需求越来越高。无源光网络(Passive Optical Network,PON)作为光纤到户(Fiber To The Home，FTTH)的终端接入技术，被认为是低成本解决宽带光接入问题的最佳方案之一。其中，基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)的PON(OFDM-PON)，由于其固有的优点，比如易于信道容量的扩展，高频谱效率，加上具有较强的抗多径干扰及频率选择性衰落的能力，已成为下一代PON系统研究的主流技术之一。然而，OFDM-PON系统采用传统PON系统点到多点的集中网络构架，特别是下行采用广播式的信息分发模式。在该模式下，高速传输的数据极易受到非法攻击者的窃听，导致大量用户数据被窃取，从而造成极大的安全隐患。所以为了保证用户的信息安全，需要将加密技术引入到光OFDM-PON系统中。

混沌由于具有高度初值敏感性、非周期性、长期不可预测性及类噪声等特性被广泛应用到加密中。经对现有文献检索发现，目前国内外研究者针对光OFDM-PON系统的加密主要是采用混沌序列对物理层以及结合降低OFDM的峰均功率比进行加密。例如Xiaonan Hu等发表的《Chaos-based selected mapping scheme for physical layer security inOFDM-PON》，结合传统的降OFDM信号峰均功率比的选择性映射法和混沌系统来对相位选择因子进行加密。再如，Lijia Zhang等发表的《Secure OFDM-PON Based on ChaosScrambling》，利用混沌序列对OFDM信号的时频域置乱进行加密。上述方案虽然实现了对物理层数据的加密，但是这些加密方案的混沌系统维度低，混乱度不够，这样生成的混沌序列的随机性会大大降低，严重影响了加密系统的安全性。

此外，目前基于OFDM-PON的物理层加密方案大部分不能抗选择性明文攻击，传输数据很容易遭受到非法入侵者的窃取，而且目前的物理层加密技术普遍是对传输信息进行加密，而对密钥的加密却很少涉及，且密钥一般为静态密钥，收发端使用固定的密钥对信息进行加解密，这样长此以往密钥很容易遭到非法入侵者的窃取。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供基于细胞神经网络的OFDM-PON系统的加密及解密方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

基于细胞神经网络的OFDM-PON系统的加密方法，包括以下步骤：

S1、构建细胞神经网络的动态密钥集合，对输入的数字信号求和取模运算，将得到的值作为细胞神经网络动态密钥集合的索引值；

S2、通过索引值确定细胞神经网络的初始值，以此生成相应的混沌序列作为OFDM-PON系统的同步序列；

S3、利用细胞神经网络生成的混沌序列与索引值对原始数据进行抗选择明文攻击加密，经过OFDM调制及电光调制转换后进入光纤传输。