[发明专利]一种偏振、相位和模式动态扰动方法

说明书

本发明公开了一种偏振、相位和模式动态扰动方法，属于通信技术领域，基于结合蔡氏多涡卷混沌系统和Logistic混沌系统，采用不同的置乱参数分别对通信系统中的偏振、相位、模式分别进行置乱加密，在接收端用置乱向量生成解密序列进行解密；由于蔡氏多涡卷系统的吸引因子和子载波的可独立操作性，该通信系统可以获得较大的安全密钥空间；该方法具有良好的抗非法接收性能，极大地提升了用户通信的安全性，并且为未来的光多载波的发展指明了一条潜在的道路。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种偏振、相位和模式动态扰动方法。

背景技术

光纤通信已经成为网络信息的重要物理载体和骨干基础设施，超过90%的网络流量都是通过光纤传输和传送的。

近年来，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术在各种光学系统中得到了广泛的关注，其通过频分复用实现高速串行数据的并行传输, 具有较好的抗多径衰弱的能力，能够支持多用户接入。然而在海底和陆地光缆以及用户接入光纤等场景中，网络信息都存在被窃听的风险。因此非常有必要对光纤中的高速光信号进行加密传输。在提出的各种安全技术中，大部分都集中在媒体访问控制(MAC)层等高层的加密协议上。它只加密信息数据，不能保证系统的绝对安全。而物理层上的加密本质上可以在更高的层上增强安全过程，这将使整体得系统变得更加安全。OFDM信号掩蔽可以采用混沌序列置换，使信号具有高度不可预测性和噪声性。另一方面，由于OFDM信号的数字处理方便，在不改变任何光电模块的情况下实现数据加密是可行的。

混沌控制和混沌同步理论的提出大大拓宽了混沌的应用，例如混沌光通信、随机数产生和安全密钥分配等。混沌保密通信是一种基于物理层的硬件加密。它主要基于混沌信号所具有的遍历性、非周期、连续宽带频谱、类噪声等特性，将传输信号隐藏在混沌信号中，在接收端利用混沌同步特性或者混沌波形的特征解调出所传输的信息。光通信混沌系统具有高带宽和低衰减，且动力学系统比较复杂，系统对参数具有极高的敏感性，具有更高的保密性能，非常适合高速远程保密通信。混沌光通信作为一种物理安全技术，有可能成为光纤网络的物理层安全屏障。

混沌系统对初始条件非常敏感，使它们难以预测，具有在数据传输中提供高级别隐私的潜力。因此，混沌光通信再实现物理层安全方面引起了很多关注，并且已经通过许多混沌光通信实验得到证明。蔡氏多涡卷混沌系统与传统混沌系统相比，对应着更高维的空间，有着更复杂的轨迹，将其应用至保密通信中，加密性能得到很好的提高。蔡氏多涡卷系统是一种有着极其丰富混沌现象的系统。在实际应用中，多涡卷蔡氏模型可以简单地由非线性电路实现，但具有丰富的混沌动力学特性。它表现出具有多涡卷吸引子的超混沌行为，增加了混沌映射的非线性复杂度。

为了进一步增强混沌保密光通信的安全性，增加混沌复杂度是一种行之有效的方法，将低维单混沌系统进行改进，增加其可变参数，增强混沌特性可以获得更大的密钥空间，能有效抵御穷举攻击。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种偏振、相位和模式动态扰动方法，基于结合蔡氏多涡卷混沌系统和Logistic混沌系统，采用不同的置乱参数分别对通信系统中的偏振、相位、模式分别进行置乱加密，在接收端用置乱向量生成解密序列进行解密；由于蔡氏多涡卷系统的吸引因子和子载波的可独立操作性，该通信系统可以获得较大的安全密钥空间；该方法具有良好的抗非法接收性能，极大地提升了用户通信的安全性，并且为未来的光多载波的发展指明了一条潜在的道路。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种偏振、相位和模式动态扰动方法，包括如下步骤：

1）首先将来自用户的比特数据流进行正交幅度调制（QAM）由比特数据映射为符号数据；

2）然后利用蔡氏多涡卷混沌系统和Logistic混沌系统联合得出置乱向量；