[发明专利]一种基于内生的光网络物理层安全防护系统

说明书

本发明属于光通信技术、光网络领域，具体涉及一种基于内生的光网络物理层安全防护系统。本发明的目的在于在光网络中提供基于信道特征的密钥生成光网络物理层安全防护方法，对构建和推进内生光通信系统发展具有重要作用。本发明将物理噪声随机性与合适算法相结合的数据保护方案，实现基于物理层信道特征提取密码的高速加密。具体地，采用低生成速率的种子密钥加密高速光链路，具体在高速的光信道中传输利用运行密钥/状态基与数据信号形成高阶信号，并进行光量子噪声流加密，且通过数字信号处理的方法进行物理层损伤抑制，在保证光传输系统安全性的同时提升系统的传输性能。

技术领域

本发明属于光通信技术、光网络领域，具体涉及一种基于内生的光网络物理层安全防护系统。

背景技术

光缆网作为电信网基础传输层的主体，是各类业务的公共传输平台，为各种业务信息提供高速大容量传送保障。现行光纤通信体制在抗窃听和光层攻击方面存在先天缺陷，难以抵御来自线路或节点的信号窃听以及多种攻击和蓄意的威胁，因此，光网络面临信息“被搭线”劫持和“被串接”劫持的安全挑战。随着光通信速率和距离的大幅提升，光网络安全性威胁将更加严重。针对光网络的安全问题，业界在网络的各个层面均进行了安全防护技术的前沿探索，但是针对未来大容量(高速、长距离)的发展趋势，物理层安全光通信面临数学复杂度和和物理复杂度的制约。而基于量子噪声流加密光通信(QNSC)是近几年兴起的一种加密技术，其基于量子测量坍缩原理且通过短密钥扩展为长密钥进而对光信号进行加密，具有很大的应用潜力。

与此同时，业界提出了通密一体的内生安全光通信创新理念。内生安全光通信是不依赖于附加的外部协商过程，完全由光通信系统自身对信息传输提供的内源式防护，可基于信道同时实现安全传输和密钥协商。然而，QNSC在形成种子密钥时，典型的方法是通过外部随机装置产生，如采用量子密钥分发(QKD)的形式产生。

光网络中实施加密技术评估涉及的因素主要有：

·复杂性和成本：在网络中层面越高，实施和管理端至端加密的复杂性和成本也会越大。

·网络延迟：动态数据保护必须不影响业务传输，以及关键服务的用户体验。

·网络吞吐量/使用率：考虑到新的网络容量增加会影响到资本投入(CAPEX)和运营投入(OPEX)，需仔细地评估加密引起的任何网络效率折衷。

·灵活性和可扩展性：运营商必需仔细评估兼容性，以及加密技术对当今网络的客户、费率、服务和网络技术及所用架构选择方面的影响。

发明内容

本发明的目的在于在光网络中提供基于信道特征的密钥生成光网络物理层安全防护方法，对构建和推进内生光通信系统发展具有重要作用。本发明将物理随机性与合适的算法相结合的数据保护方案，实现基于物理密码的高速加密。具体地，采用低生成速率的量子密钥加密高速光链路，具体在高速的光信道中传输利用运行密钥/状态基与数据信号形成高阶信号，并进行光噪声流加密，且通过数字信号处理的方法进行物理层损伤抑制，在保证光传输系统安全性的同时提升系统的传输性能。

本发明采用的技术方案为：

一种基于内生的光网络物理层安全防护系统，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密钥提取模块；

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；