[发明专利]一种基于相空间重构的电光混沌系统硬件指纹构建和提取方法

说明书

本发明公开一种基于相空间重构的电光混沌系统硬件指纹构建和提取方法，属于光网络安全、电光混沌以及设备识别技术领域。所述将混沌系统进行相空间重构，通过奇异值分解的矩阵处理方式，对重构相空间的整体特征、角度特征以及距离特征进行提取，通过仿真验证发现，电光混沌系统相空间重构的三种特征皆具有长时不变性以及唯一性，因此上述三种特征可以作为电光混沌系统的硬件指纹。该方法可以通过对比不同电光混沌系统的硬件指纹，达到对不同混沌系统区分与识别的目的。

技术领域

本发明涉及光网络安全技术领域，尤其涉及光网络安全中设备认证的混沌硬件指纹的构建与提取。该方法使用相空间重构的方法通过奇异值分解提取出电光混沌系统的整体特征、角度特征和距离特征，经长时不变性检验和唯一性检验，认为上述三种特征可作为混沌源的硬件指纹应用于光网络中节点设备的认证。

背景技术

随着光纤通信技术和产业的逐渐成熟，光纤通信因其容量大、速率高及宽带宽等优势成为现代通信网络的支柱。目前,世界各互联网大国都在积极普及光纤网络。随着我国加快推进“三网融合”的发展,光接入网成为话音、数据和视频业务融合接入的关键手段。

但是，光网络虽具多方面优势，且各业务层均有相应安全机制以保证信息传输的安全性，其仍存在一定缺陷，仍会面临窃听、拒绝服务、假冒和偷窃服务等安全问题。针对这一系列的安全风险，光网络设置了接入认证和加密传输的机制来应对。其中，接入认证机制是网络安全防护的第一道防线，主要任务是通过授权合法设备并拒绝恶意用户来保证通信安全。因此，为了鉴别通信中另一端的真实身份，防止伪造和假冒等情况发生，我们首要任务是建立接入认证机制。

基于设备指纹的设备身份辨识和认证技术指的是借助设备指纹作为设备身份标识，完成设备身份确认的技术。设备指纹类似于人类指纹概念，指的是由设备特征信息构成的设备身份标识。硬件指纹作为设备指纹的一种是在物理层对接入的实体进行识别，通过物理层信号的细微特征识别去识别硬件设备的唯一性。硬件指纹是物理层中具有唯一性和不可克隆性的自然特征，所以在物理层使用硬件指纹认证技术，这种认证方法直接利用了通信设备与环境的独有特性，窃听者将很难进行仿冒。在光网络中使用硬件指纹身份认证技术，可对接入设备进行有效的身份识别和管理，较大程度的避免物理层非授权接入、身份欺骗攻击等安全威胁，保证设备身份安全。

混沌系统是非线性动力学系统中的一种复杂动力学行为，具有类随机、初值敏感性等特性，近些年激光混沌更是在光通信安全领域引起了广泛的研究和讨论。由于激光混沌具有丰富的动力学特性且具有很高的安全性，所以混沌硬件指纹在身份识别与认证技术中具有唯一且不可重构的优势。因此，如何构建和提取混沌系统的硬件指纹成为我们亟待解决的问题。

本方法提供一种相空间重构和奇异值分解的方法来提取出三种不同的电光混沌系统硬件指纹，并且能够通过肉眼对不同混沌进行区分。

发明内容

本发明提供一种电光混沌系统的硬件指纹的构建和提取方法，研究不同混沌特征是否具有硬件指纹特性，为实现混沌硬件指纹身份认证机制打下了基础。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

步骤1，混沌信号产生：通过改变电光相位混沌系统中参量β的取值，模拟不同混沌源产生混沌信号；

步骤2，相空间重构：使用C-C法获得相空间重构所需参数嵌入时延，使用Cao方法获得相空间重构所需参数最小嵌入维数m；将产生的不同混沌信号进行相空间重构，并对重构相空间矩阵进行归一化处理；

步骤3，特征值提取：分别对相空间重构后的整体矩阵、角度矩阵和距离矩阵通过奇异值分解的方式进行特征值提取；

步骤4，硬件指纹形成：上述三种特征值进行长时不变性检验，证明同一混沌序列在不同时间提取到的特征值变化很小；对上述三种特征值进行唯一性检验，证明不同混沌序列的特征值不同，可以根据特征值信息进行不同混沌序列的区分。

附图说明