[发明专利]基于光纤通信链路偏振模色散的密钥生成方法及装置

说明书

本发明公开了基于光纤通信链路偏振模色散的密钥生成方法，包括步骤一、采用扰偏仪打乱链路中的偏振态；步骤二、通信双方相互发送预定义的探测序列经由单模光纤传输；步骤三、通信双方利用光纤通信链路的偏振模色散效应生成物理层加密密钥，对生成的初始密钥比特进行隐私放大，获得密钥的有效信息量；步骤四、发射端使用Logistic混沌系统产生随机二进制比特作为保护密钥，与基于偏振模色散生成的密钥比特做异或运算，形成双重加密，保证密钥的唯一性和随机性；步骤五、将色度色散、光纤非线性和载波相位噪声在接收端使用数字信号处理方式进行补偿处理。本发明能提高光纤通信中数据的安全性。

技术领域

本发明属于通信安全的技术领域，具体涉及基于光纤通信链路偏振模色散的密钥生成方法及装置。

背景技术

在信息时代，尤其是网络空间全球化的飞速发展，通信安全成为我们极为关注的问题。而现有通信传输的安全性一般是由应用层的加解密算法来完成，其理论基础是数学上的计算，如大整数分解问题和离散对数的计算等。但随着高速大型计算机的发展，基于算法复杂度来保证数据安全性的经典加密技术面临失效的严重威胁。

量子密钥分发技术在理论上绝对保密，它利用单光子或弱信号进行传输，但其密钥生成速率和可传输距离等方面性能有限，且成本十分昂贵，用于量子通信的光源和接收机尚不成熟，目前无法达到商用水平。通信链路易受偏振和损耗影响，无法与波分复用技术(WDM)结合，无法使用光放大器链路中继，因此量子通信在如今主要用于信号带宽为kHz级别的量子密钥分发，短时间内难以大规模推广。

基于混沌光通信的保密技术是用混沌激光器之间的同步，实现用混沌光信号对信息进行隐藏的快速保密通信方式。这种技术采用硬件加密，利用激光器的结构参数作为密钥，避免了算法加密的安全隐患，加解密速度快，可与现行的光纤通信系统兼容。但其缺点是：

1)系统的安全性和鲁棒性之间的矛盾。因为这样的混沌系统需要结构参数完全相同的两个激光器，在现实的实验中，人们用结构参数接近的激光器实现混沌保密，但参数究竟差多少，才能保证加密信号不被破解尚待商榷。

2)激光器的密钥空间太小。通信保密需要及时更换密钥，但是激光器的结构和工作参数是有限的，如激光器的腔长、波长、载流子寿命、工作电流等，因而不能保证密钥的及时更新。

3)当点对点的实验成功后，如何构建光网络以实现应用尚待研究。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供基于光纤通信链路偏振模色散的密钥生成方法，通过光纤链路中的偏振模色散生成安全通信中的物理层加密密钥，以提高光纤通信中数据的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于光纤通信链路偏振模色散的密钥生成方法，包括如下步骤：

步骤一、采用扰偏仪打乱链路中的偏振态；

步骤二、合法通信双方相互发送预先定义的探测序列经由单模光纤传输；

步骤三、通信双方利用光纤通信链路的偏振模色散效应生成物理层加密密钥，对生成的初始密钥比特进行隐私放大，获得密钥的有效信息量；

步骤四、发射端使用Logistic混沌系统产生随机二进制比特作为保护密钥，与基于偏振模色散生成的密钥比特做异或运算，形成双重加密，保证密钥的唯一性和随机性；

步骤五、将色度色散、光纤非线性和载波相位噪声在接收端使用数字信号处理方式进行补偿处理。

作为本发明所述的基于光纤通信链路偏振模色散的密钥生成方法的一种改进，所述步骤三中，包括：

C波段不同波长的光利用偏振模色散效应分别生成加密密钥，使用波分复用方式提升密钥生成速率；