[发明专利]一种基于内生的光网络物理层安全防护系统

权利要求书

1.一种基于内生的光网络物理层安全防护系统，其特征在于，发射方包括：明文数据生成模块、种子密钥模块、运行密钥模块、符号映射模块、数模转换模块、电光调制模块和激光器；合法方包括：光电转换模块、模数转换模块、符号数字信号处理模块、符号相噪量化模块、符号解密模块、符号解映射模块、明文数据恢复模块和秘钥提取模块；

发射方的处理过程：

明文数据生成模块用于生成明文数据，发送至符号映射模块；

种子密钥模块用于接收合法方的种子密钥，将种子密钥通过密钥的一致性测试和随机性测试后发送至运行密钥模块；

运行密钥模块用于通过移位寄存器的方式将种子密钥进行扩展，并发送至符号映射模块；

符号映射模块用于将明文数据与扩展后的种子密钥进行符号映射，将符号映射后的数据发送至数模转换模块；

数模转换模块用于将符号映射模块后的数据进行数模转换，将转换后的模拟数据发送至电光调制模块；

电光调制器模块用于将将激光器产生的光信号作为光载波，将模拟数据进行调制，将电光调制后的信号通过光纤链路进行传输；

合法方的处理过程：

光电转换模块用于将接收的光信号与本振转换成电信号，将光电转换后的模拟数据发送至模数转换模块；

模数转换模块用于将光电转换后的模拟数据转换成数字数据，发送至符号数字信号处理模块；

符号数字信号处理模块用于将接收的数据进行数字信号处理后发送至符号相噪量化模块；

符号相噪量化模块用于对数字信号处理后数据的相位进行噪声量化，将相位随机性量化后的数据发送至密钥提取模块，并将数字信号处理后的数据发送至符号解密模块；

密钥提取模块用于将相位随机性量化后的数据进行种子密钥的生成，将生成的种子密钥发送至发射方和符号解密模块；

符号解密模块用于对数字信号处理后的数据按照加密的规则进行解密，将解密后的数据发送至符号解映射模块；

符号解映射模块用于对解密后的数据进行解映射后发送至明文数据恢复模块；

明文数据恢复模块用于从解映射后的数据中恢复出明文数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于内生的光网络物理层安全防护系统，其特征在于，符号相噪量化模块包括相位旋转角度计算模块、相位旋转角度量化模块和角度量化后处理模块；

相位旋转角度计算模块用于根据数字信号处理后的数据计算由于激光器的线宽和光纤传输过程中非线性引起的符号星座图的相位旋转；

相位旋转角度量化模块用于将符号星座图的相位旋转通过均匀量化的方法将相位旋转的角度量化为0和1的随机序列；

角度量化后处理模块用于将量化生成的0和1的随机序列进行密钥的生成率、一致率以及随机性的增强处理后发送至密钥提取模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于内生的光网络物理层安全防护系统，其特征在于，符号数字信号处理模块包括前端硬件不理想补偿模块、色散补偿模块、定时恢复模块、偏振跟踪和均衡模块、频率估计模块和相位估计模块；

前端硬件不理想补偿模块用于基于施密特正交变换原理补偿数字数据中信号正交分量和相位增量的幅度功率不平衡和相位不平衡；

色散补偿模块用于通过构造光纤信道传递函数进行数字数据中大色散补偿；

定时恢复模块用于采用Gardner算法对收发两端时钟的偏差进行校正；

偏振跟踪和均衡模块用于采用恒模算法的盲均衡算法对数字数据进行偏振解复用以及补偿光纤链路的偏振膜色散引起的信号损伤；

频率估计模块用于采用四次方算法进行载波频率的追踪，补偿数字数据中的载波频率偏移；

相位估计模块用于采用V-V算法进行载波相位的追踪，补偿数字数据中的载波相位偏移。