[发明专利]一种基于光子噪声混叠多进制变换的信息安全传输方法

说明书

本发明公开了一种基于光子噪声混叠多进制变换的信息安全传输方法，首先通过在发送端和接收端之间相互发送同步信息，测量光纤信道特征，实现发送端和接收端之间的信号同步，然后发送端将二进制信号与随机的密钥信号联合调制为高阶信号，利用高阶信号对噪声敏感的特性，将高阶信号隐藏在光子噪声中，形成保密信号；根据光纤信道的互易性，接收端生成与发送端完全匹配且同步的密钥，生产多进制阈值判决信号，最后通过接收保密信号和多进制阈值判决信号进行逐比特比较，恢复正确的接收信号。该方法实现简单，通信网络兼容性好，防窃听能力强，通信代价小，可应用于主干光网络和专用光网络的信息防护，在光网络物理层保密通信领域具有一定的应用潜力。

技术领域

本发明涉及光信息安全传输技术领域，具体是一种基于光子噪声混叠多进制变换的信息安全传输方法。

背景技术

目前针对光纤通信网络信息传输容量大、传输距离远、分布广泛的特点，国际上已开发出多种窃听方法，并不断翻新，其技术手段包括光纤弯曲泄漏、微棱镜耦合窃听、写入光纤光栅耦合截获和熔融拉锥嵌入耦合等，通过这些方法，第三方可以在不影响正常通信的情况下使得一部分光由传导模变为泄漏模向外泄漏，通过捕获到的泄露光还原出通信信息。

现有光纤通信网络在物理层上的安全仍然依赖传统单一的电域AES算法芯片加密，其特点是仅对传输信息的有效负载数据进行电域加密，而对数据头部和帧格式不做处理，这种方式的加密强度取决于加密算法的计算复杂性，具备了一定的抗信息破译能力。主要面临的问题包括：一是算法加密后的信号仍为“0”、“1”表达的数字信号，该信号在光纤信道中传输，窃听者可以在光缆线路中和节点处截获光信号，提取出加密后的数字信号，并在电域进行存储和分析，无法消除光通信网络所传输的超高速、超大容量信息“被窃听”的威胁；二是量子理论、超算理论的飞速发展，传统加密体制以计算复杂性为基础的保密性在未来量子计算的强大破解能力下显得捉襟见肘，光通信中传输的数据内容存在“被破解”的重大隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种基于光子噪声混叠多进制变换的信息安全传输方法，该方法通过物理的方法扰乱光信号属性，增强光缆网的抗截获能力。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于光子噪声混叠多进制变换的信息安全传输方法，包括如下步骤：

1)发送端和接收端之间通过相互发送同步信息测量光纤信道特征，根据光纤信道互易性的特性，实现发送端同步信号与接收端同步信号匹配；

2)发送端利用发送端同步信号产生发送端密钥，发送端将发送端密钥和需要发送的发送信号进行多进制变换，联合调制为高阶信号，第三方难以识别高阶信号物理状态所携带的信息；

3)利用高阶信号对噪声敏感的特性，将高阶信号隐藏在光子噪声中，形成高阶保密信号，将高阶保密信号发送至光纤信道中；此时第三方对叠加光子噪声后的加密信号的信噪比不足以实现信号的解调，难以对实际信号准确分析；

4)接收端利用接收端同步信号产生接收端密钥，接收端密钥实时生成多进制阈值判决信号；

5)接收端接收发送端通过光纤信道发送的高阶保密信号，接收到的高阶保密信号与多进制阈值判决信号进行逐比特比较判决，恢复成正确的接收信号；由于光纤信道的唯一性，第三方不能生成同步密钥，接收到的只是被光子噪声混叠高阶信号，由于无法回避的随机光子噪声附着在信号之中，第三方无法观测到正确眼图，也无法对信号进行存储分析，实现信号的抗截获安全传输。

步骤2)中，所述的发送信号为0、1表征的二进制强度信号或二进制相位信号。

步骤3)中，所述的高阶保密信号，是通过调节激光源的输出功率和调制阶数，使得光子噪声的均方值大于多进制信号相邻两阶之间的光强度间隔实现。

本发明提供的一种基于光子噪声混叠多进制变换的信息安全传输方法，该方法具有如下优点：