[发明专利]一种安全光通信跨IP传输方法和装置

说明书

本申请公开了一种安全光通信跨IP传输方法和装置，所述方法首先确定需要跨越的IP网络起点和终点，将加密光信号在需要跨越的IP网传输起点位置进行模数转化，转化为加密IP数据包在IP网络传输。然后，加密IP数据包汇聚在需要跨越的IP网传输终点位置，将加密信号进行调制，转化为加密光信号，加密光信号继续在光网络传输。核心在于噪声加密安全光通信跨IP网应用，提高了物理层安全光通信抗窃听攻击能力，有利于在现有网络架构中为不同的业务提供持续稳定的安全通信服务。

技术领域

本发明属于安全光通信技术领域，涉及一种安全光通信跨IP传输方法和装置。

背景技术

近几年，信息技术飞速发展，光纤通信发展迅速，但是光缆传输距离长、线路环境复杂，现有光通信无法抵御线路或节点窃听攻击。同时，随着具备强大破译能力的量子计算机的发展，光通信的数据内容存在“被截获、被复制、被篡改”重大隐患，物理层安全威胁及影响日益突出。目前，利用物理层安全方案实现通信系统安全性，成为新的研究热点，受到国内外的广泛重视。物理层安全光通信是以抵御线路或节点窃听攻击为目的，以增强抗截获信息防护能力为手段的新体制光通信技术。当前针对物理层安全光通信的基础研究可以分为两类：一类是量子密钥分发理论，另一类是物理层安全理论。以量子密钥分发为代表的新型网络信息安全技术仍有待完善，目前存在诸多制约因素。如现阶段量子密钥分发系统在密钥生成速率和可用传输距离等方面性能有限，难以大规模推广。物理层安全理论中主流研究方向之一是噪声加密安全光通信，核心是将信号和噪声映射到相位和幅度空间实现信息隐藏，实现安全传输。现有的噪声加密安全光通信技术密钥产生依赖光链路特征，仅在光网络应用，没有跨IP网传输，减少了噪声加密安全光通信应用的灵活性。具体的：

(1)噪声加密安全光通信技术

基于噪声的物理层安全光通信加密使用Y-00协议，Y-00协议的一个基本思想是通过噪声屏蔽信号电平，从而使窃听者无法正确识别电平。目前已经开发了使用多级相位调制(PSK Y-00)或强度调制(ISK Y-00)的收发器原型。对于安全性评估，当前通信系统中一个优先考虑的问题是对针对密文攻击(COAs)或已知明文攻击(kpa)密钥估计的安全性评估。对于密文攻击(COAs)，窃听者的攻击过程一般包括两个步骤：第一步是正确读取加密数据(密文)，然后对密文进行数学处理，恢复原始数据(明文)或密钥，Y-00协议使用“发送二进制数据的基础”的多级加密，正确读取加密数据变得困难。对于已知明文攻击(kpa)，基于数学算法的传统密码将明文的二进制数据转换为二进制密文。因此，窃听者可以很容易地分辨出密文的两个正确的信号电平(“0”，“1”)，从而使窃听者成功地获得了正确的密文本身，这可能导致密码破解。在Y-00协议中，二进制数据通过一组碱基对多级信令进行彻底加密。每个基都携带如图1所示的二进制数据，当采用密集的多级信号，且噪声量大于多级信号的最小可解码信号差时，噪声掩盖了信号电平，避免了正确的信号电平检测。因此，对于窃听者来说，这种类型的密码提供了比数学密码更高的安全级别。

如图2所示基于Y-00协议的噪声加密安全光通信方案示意图。目前的典型噪声加密方案如下：

(a)基于相位调制的噪声加密方法：将信号映射到相位空间，可充分利用信号的相位空间状态，实现信号的相位空间隐藏；特点：加密方法对传输性能影响小。

(b)基于幅度调制的噪声加密方法：将信号映射到幅度空间，可充分利用信号的幅度空间状态，实现信号的幅度空间隐藏；特点：充分利用AD/DA量化空间。