[发明专利]基于细胞自动机和DNA编码的超长距传输方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于细胞自动机和DNA编码的超长距传输方法及系统，属于光纤通信技术领域，包括：利用细胞自动机生成一组伪随机二值序列；将伪随机二值序列作为明文DNA加密的碱基置乱序列，利用密钥序列对明文进行加密。本发明可提高通信系统的安全性能和防窃取能力。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种基于细胞自动机和DNA编码的超长距安全传输方法及系统。

背景技术

超长距传输在能源互联网、特高压、跨区输电等多个领域中应用广泛。在传输过程中，随着光纤链路中色散、偏振效应的大幅度提升，通信质量会发生显著的下降，且中继距离越长，通信质量下降越明显。

正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术以其高频谱效率和灵活的调制方式在光通信系统中得到了广泛的研究，可以有效地抑制光纤链路的色散和非线性效应对光通信系统的影响。同时，光纤网络由于其传输容量大、速率高等优点，而受到广泛关注。将正交频分复用技术应用于超长距系统的传输，可以有效的减小信号受到的损伤，提高通信的传输质量。我们可以按照不同的接收方式，将光OFDM分为直检光OFDM(DDO-OFDM)和相干光OFDM(CO-OFDM)两种系统结构，这两种系统结构各有优势和劣势，CO-OFDM系统由于综合了相干光通信技术和OFDM技术两者的长处，具备有频谱效率高、传输速度快以及能够有效的解决色散带来的影响这一系列的特点，被视为未来光通信系统的核心方案之一。

在超长距的电力通信系统中，OPGW架空光缆所承载的业务十分重要，甚至有一些机密信息的传输。然而，架空光缆悬挂于高空，暴露在外，许多技术很容易被用来攻击光纤链路，如光纤弯曲、分裂、和消散耦合，传输数据面临极大的安全问题，一旦重要信息泄露被恶意使用，将给国民经济带来很大的损害。目前对相干OFDM系统的研究大多集中在信道容量和频谱效率上，而忽视了系统的安全性。在光传输系统中，传输的数据很容易被窃听，物理中断会导致安全性下降。因此，近年来，许多研究人员提出了多种加密方案来克服这一问题。

现如今，许多加密方案都是在光网络的上层实现的，安全性风险高，且密钥管理不方便。相比之下，物理层对上层是透明的，加密操作可以对上层数据提供完整的保护，同时可以直接与数字信号处理(DSP)相结合，降低复杂度，因此，物理层加密在研究中得到了广泛的关注。近年来，混沌系统因其对初值的敏感性而得到了迅速的发展，许多物理层加密方案都提出了利用数字混沌对数据进行加密。研究表明，时频域混沌加密、利用混沌结合导频辅助和星座变换技术、维数协调优化和最优分块方法、布朗运动置乱等方案都可以提高OFDM系统的安全性。

然而，这些方法仅限于符号维数或子载波维数，不包含直接位数据的随机性，降低了数据的安全性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，增强光通信网络的安全性。

为实现以上目的，一方面，本发明采用一种基于细胞自动机和DNA编码的超长距传输方法，用于在相干接收系统的发送端对明文进行加密，包括：

利用细胞自动机生成一组伪随机二值序列；

将伪随机二值序列作为明文DNA加密的碱基置乱序列，利用密钥序列对明文进行加密。

进一步地，在所述利用细胞自动机生成一组伪随机二值序列之前，还包括：

采用四阶超混沌系统生成所述密钥序列。

进一步地，所述四阶超混沌系统包含四个耦合的一阶自治常微分方程，具体为：

其中，x、y、z、w为四个状态变量，A、B、C、D、k为五个常系统参数。