[发明专利]一种基于信道特性的光OFDM动态密钥生成方法

说明书

本发明公开了基于信道特性的光OFDM动态密钥生成方法。本方法实现的步骤为：（1）通信双方分别生成一段随机探测信号，同时发送给对方；（2）通信双方接收到步骤一中的探测信号后各自估计信道特性；（3）通信双方各自取步骤二中所得到的各个子载波信道特性的相位值进行量化并生成一段二进制序列；（4）通信双方将上述本地生成的随机探测信号与对方发送过来的随机探测信号以及步骤三各自量化后的相位二进制序列依次进行异或得到最终所需的动态密钥。该方法有效利用了通信双方的信道特性以及本地私有的随机二进制信号动态地改变密钥，并有效地提高密钥的随机性，所获得密钥可以进行物理层加密相关操作，适用性强，保密能力突出。

技术领域

本发明提供一种基于信道特性的光OFDM动态密钥生成方法，为光OFDM物理层加密提供了动态密钥生成方案。

背景技术

随着IPTV、高清电视、大型互动网络游戏等高速数据业务的发展，接入网的带宽需求将急剧增加。近年来，正交频分复用(OFDM)调制以其抗色散能力强、频谱利用率高等优点被引入光纤通信中。同时，它可以通过数字信号处理(DSP)方便地处理。此外，直接检测光OFDM系统(DD-OOFDM)具有结构简单、动态带宽分配灵活、异构服务透明、与现有网络兼容性好等优点而在下一代光接入网表现出巨大潜力。由于光接入网的物理层容易受到各种攻击，随着用户和网络容量的急剧增加，物理层安全问题变得越来越重要。以往的方法使用加密协议对数据帧进行加密，将安全问题放在网络的较高层次，因此在不安全的物理层基础上构建安全方案是有风险的。

对现有文献的调查发现，现阶段的光OFDM物理层加密方案大都使用混沌序列对OFDM符号块进行频域和时域上的置乱。文献1[Zhang L,Xin X,Liu B,et al.Physical-enhanced secure strategy in an OFDM-PON[J].Optics Express,2012,20(3):2255-2265]提出了使用一维逻辑混沌映射生成n阶置乱矩阵P来加密频域OFDM信号，由于窃听者不知道混沌序列的初值、逻辑映射和迭代的步长，所以基本上很难恢复原始信号。文献2[Sultan A,Yang X,Hajomer A A E,et al.Dynamic QAM Mapping for Physical-LayerSecurity Using Digital Chaos[J].IEEE Access,2018,6:47199-47205]提出了四维逻辑映射方案，将每一个子载波上的符号幅度和相位进行了置乱，使其随机分布在一个圆形星座图内，其密钥空间巨大，加密效果显著。尽管对于光OFDM物理层加密研究成果较多，但现阶段的加密方案都是需要通信双方预先交换密钥初值，且一旦确定之后初值就不再改变，整个密钥都是静态的，这就降低了系统的安全性能。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种基于信道特性的光OFDM动态密钥生成方法，密钥随信道特性和随机探测信号实时变动，有效提升光OFDM系统的安全性。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于信道特性的光OFDM动态密钥生成方法，其中所生成的密钥是本地随机信号、接收到的探测信号与量化后的信道相位的异或结果，包括步骤如下：

步骤一、发送端A生成随机二进制序列X_t并发送给接收端B；相干时间内，B生成随机二进制序列X_r发送给A；

步骤二、发送端A估计携带信号X_r的N个子载波的信道特性，得到通信双方的信道响应：其中表示发送端A第i个子载波的信道响应；接收端B估计携带信号X_t的N个子载波的信道特性，得到通信双方的信道响应：其中表示接收端B第i个子载波的信道响应；

步骤三、将发送端A所有的进行量化得到二进制相位序列P_a；同理，接收端B将所有的量化后得到二进制相位序列P_b；