[发明专利]一种自由空间光网络的物理层安全增强方法

说明书

本发明涉及一种自由空间光网络的物理层安全增强方法，包括：S1、发送方合法用户Alice发送数据信号，干扰模块根据信道状态估计发送干扰信号；S2、根据不同数据符号对数据信号和干扰信号利用调制器进行信号调制；S3、利用不同的编码器对调制过后的数据信号和干扰信号的光信号进行编码；S4、利用耦合器将编码后的数据信号和干扰信号耦合到大气湍流信道中传输；S5、接收端合法用户Bob利用解码器对接收的光信号进行对应的匹配解码；S6、利用光电探测器APD对信号进行光电检测；S7、合法用户利用解调器对光电检测过的信号进行解调获取发送方Alice发送的数据信号。从而提高了FSO传输系统的安全性。

技术领域

本发明属于光通信技术改进领域，尤其涉及一种自由空间光网络的物理层安全增强方法。

背景技术

自由空间光(FSO)通信具有高带宽、不需许可证、快速部署及灵活性高等优点，也被认为是解决无线通信中最后一公里问题的很有前途的一种解决方案，作为一种新型的无线通信方式，当利用光纤很难实现通信的时候，FSO可以提供非常高速的点对点通信。此外，FSO通信可用于许多光链路，比如卫星与地面的数据链路、不受光纤网络限制的ad hoc中继链路等。然而，FSO也会受到光学窃听的影响，例如，窃听者故意阻挡光束以阻拦预期接收端的视线，或者发散光束在接收端的足迹很大，涵盖了接收端和窃听者时，FSO存在安全隐患。窃听者也能从非视线散射信道中获取链路的信息，使得FSO通信系统存在信息安全的问题。另外，大气湍流、光束的强度都会对FSO通信系统的安全性造成影响，而信息保密和安全传输是用户间通信的基本要求。因此，应用有效的技术来提高FSO通信系统的安全性势在必行。

传统的光网络安全性采用网络上层协议的数据加密，并假设物理层已提供畅通且无差错的传输。但是，随着科学技术的发展，所有基于算法的加密手段都已经被证明是可以破解的，已经不能满足信息安全的需求。例如，2009年，日本、法国和德国的研究团队破解了768比特的RSA加密算法。基于物理的“测不准”和“不可分割”原理的量子密码通信具有绝对安全性，但由于受物理机制的限制，目前的量子通信技术仅适合于低速率的信号传输。物理层加密作为一种适中的安全方案，具有可证明的安全性。

光网络物理层安全的主要技术方案有：混沌光通信、光码分多址(Optical CodeDivision Multiple Access，OCDMA)和量子噪声随机编码(Quantum Noise RandomizedCipher，QNRC)等。混沌光通信系统的安全性是在混沌信号的复杂性上实现的，目前还没有一种完整系统的理论和手段来对混沌光通信的安全性进行评估分析，且已有实验系统的误码率较高。同时，发送端和接收端的激光器参数必须完全匹配，保证在比较理想的环境下传输。OCDMA通信系统具有多种防护功能，可实现光信息的安全传输。1)抗截获，OCDMA系统基于时频域变换的扩频机理及安全体系，使其具有较强的抗截获的功能。2)抗攻击，面对恶意入侵，OCDMA系统可以采用跳频编码或码字重构等措施，有效避开入侵光信号的影响，保障系统正常运行，从而具有抗攻击能力，确

保信息通信的安全。3)身份认证，OCDMA系统对每个用户赋予一个唯一的光域地址码，非授权用户不能获取到系统中所传输其他用户的信号，确保用户只能接收本身的信号，通过动态可重构地址码，系统可以随时确认每个用户的身份，确保信息的可信传输。4)隐匿性，对机密性要求高

的信息传输，采用隐匿传输，增加被发现的技术难度，从而增加其安全性。OCDMA系统利用其扩频扩时特性，将所传输的信号变为类噪声，隐匿在常规传输系统中，甚至隐匿于背景噪声中。

另外，在FSO通信系统中，存在大气湍流，如果使用OOK调制的话，需要设置动态的判决门限，而PPM不需要在接收端设置判决门限，只需要对不同时隙的输出进行比较，就可以选择需要恢复的信号，此外，PPM对功率的利用率较高，抗干扰能力强。因此，PPM调制是一种目前最适合FSO通信的调制方式。