自由空间光通信FSO安全性的混沌加密方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104333445 A (43)申请公布日 2015.02.04 C N 1 0 4 3 3 3 4 4 5 A (21)申请号 201410679988.9 (22)申请日 2014.11.24 H04L 9/00(2006.01) H04B 10/11(2013.01) H04B 10/50(2013.01) (71)申请人国网吉林省电力有限公司信息通信 公司 地址 130000 吉林省长春市朝阳区人民大街 4629号 申请人东北电力大学 (72)发明人王圣达 隋吉生 赵亮 丛犁 陈晓娟 车小磊 王晓辉 (74)专利代理机构长春菁华专利商标代理事务 所 22210。

2、 代理人陶尊新 (54) 发明名称 自由空间光通信FSO安全性的混沌加密方法 (57) 摘要 自由空间光通信FSO安全性的混沌加密方 法，涉及一种自由空间光通信FSO安全性的混沌 加密方法。解决现有自由空间光通信系统在通信 过程中容易被截获等问题，包括以下步骤：首先 发送信号S i 与单环掺饵光纤激光器系统产生的混 沌信号进行加密变换，经过发射天线发送到大气 传输通道，然后接收系统从大气通道接收此信号， 此信号与单环掺饵光纤激光器系统产生的同步混 沌信号进行解密变换，解密变换得到的信号可记 作S o 。本发明利用单环掺铒光纤激光器系统产生 混沌信号为传输信号进行加密实现了自由空间光 通信FSO。

3、的安全性传输。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104333445 A CN 104333445 A 1/1页 2 1.自由空间光通信FSO安全性的混沌加密方法，其特征是，该方法由以下步骤实现： 步骤一、将输入信号S i 与发送端的驱动混沌电路产生的混沌信号进行加密变换，然后 将经过所述加密变换的信号发送至接收端的大气传输通道； 步骤二、将步骤一所述的加密变换的信号与接收端的同步混沌电路产生的同步混沌信 号进行解密变换，获得输出信号S o ；。

4、 所述发送端的驱动混沌电路与接收端的同步混沌电路均由单环掺铒光纤激光器系统 实现。 2.根据权利要求1所述的自由空间光通信FSO安全性的混沌加密方法，其特征在于，步 骤一中，输入信号S i 经过驱动混沌电路的光调制器C6与经延迟器D1出来的同步输出信号 进行调制，调制后的信号经过耦合器C2进入掺铒光纤环M内；I pa 为掺铒光纤环M的输入泵 浦光强，波分复用器C5将经过隔离器A的泵浦光强I pa 与经掺铒光纤环M反馈回来的信号 进行复合，复合后的信号一部分输入掺铒光纤环M内，另一部分输出至耦合器C1，经耦合器 C1出来的信号一部分进入延迟器D1，另一部分信号作为加密变换后的发射信号E m ，所。

5、述发 射信号E m 经发射天线发射到大气传输通道，并由接收端的接收天线接收。 3.根据权利要求1所述的自由空间光通信FSO安全性的混沌加密方法，其特征在于，步 骤二中接收端接收加密变换的信号后，经耦合器C3分为两路信号，一路信号经波分复用器 C4进入掺铒光纤环S内，另一路信号E s 与经耦合器C9输出的一路信号进行解密变换，获得 输出信号S o ；经耦合器C9的另一路信号依次经延迟器D2、光调制器C8和耦合器C7进入同 步混沌电路的掺铒光纤环S内。 权 利 要 求 书CN 104333445 A 1/3页 3 自由空间光通信 FSO 安全性的混沌加密方法 技术领域 0001 本发明涉及一种自由。

6、空间光通信FSO安全性的混沌加密方法。 背景技术 0002 FSO通信是一种以激光作为信息载体、通过大气层或外空间传输的通信方式，又叫 自由空间光通信。最初用于军事方面，随着社会的发展，FSO通信技术已进入实用研究阶 段,国内外都有相应的实验系统和商业产品问世。它通常用来传输图像、声音及视频文件 等，在许多场合下有保密传输的需求。一般来说，自由空间光通信的保密性很好，因为红外 激光的波束很窄而且不可见，很难在空中发现信息链路，同时，激光束的定向性非常好，必 须截断通信链路才能获取信息，易被用户察觉。随着科技水平的提高，窃密者对秘密信息的 刺探和攻击手段已经进入到量子级的水平。量子保密通信中使用。

7、的单光子探测系统已经能 观察到，在这种情况下，自由空间光通信系统开放的信道就显得毫无防护能力，窃密者在不 阻断光束传播的情况下就能获取信息。窃取光信号的方法有两种，第一种是在信道范围内 直接测量的方法，第二种是在信道范围外通过测量散射光的强度而获取的方法。鉴于上述 原因，FSO通信系统信号可以被截获，所以对信息进行加密是必要的。为了解决这个问题， 本发明基于混沌动力学系统的加密技术，给出了自由空间光通信FSO安全性的混沌加密方 法。 发明内容 0003 本发明为解决现有自由空间光通信系统在通信过程中容易被截获等问题，提供一 种自由空间光通信FSO安全性的混沌加密方法。 0004 自由空间光通信。

8、FSO安全性的混沌加密方法，该方法由以下步骤实现： 0005 步骤一、将输入信号S i 与发送端的驱动混沌电路产生的混沌信号进行加密变换， 然后将经过所述加密变换的信号发送至接收端的大气传输通道； 0006 步骤二、将步骤一所述的加密变换的信号与接收端的同步混沌电路产生的同步混 沌信号进行解密变换，获得输出信号S o ； 0007 所述发送端的驱动混沌电路与接收端的同步混沌电路均由单环掺铒光纤激光器 系统实现。 0008 本发明所述的步骤一中，输入信号S i 经过驱动混沌电路的光调制器C6与经延迟 器D1出来的同步输出信号进行调制，调制后的信号经过耦合器C2进入掺铒光纤环M内；I pa 为掺铒。

9、光纤环M的输入泵浦光强，波分复用器C5将经过隔离器A的泵浦光强I pa 与经掺铒 光纤环M反馈回来的信号进行复合，复合后的信号一部分输入掺铒光纤环M内，另一部分输 出至耦合器C1，经耦合器C1出来的信号一部分进入延迟器D1，另一部分信号作为加密变换 后的发射信号E m ，所述发射信号E m 经发射天线发射到大气传输通道，并由接收端的接收天 线接收。 0009 本发明所述的步骤二中接收端接收加密变换的信号后，经耦合器C3分为两路信 说 明 书CN 104333445 A 2/3页 4 号，一路信号经波分复用器C4进入掺铒光纤环S内，另一路信号E s 与经耦合器C9输出的 一路信号进行解密变换，获。

10、得输出信号S o ；经耦合器C9的另一路信号依次经延迟器D2、光 调制器C8和耦合器C7进入同步混沌电路的掺铒光纤环S内。 0010 本发明的有益效果：本发明所述的方法降低了自由空间光通信传输信息的窃取 性，由于利用单环掺铒光纤激光器系统产生混沌信号，该信号具有非周期性，长期不可预测 性，对信息进行加密，即使被截获，也不可能被解密。并且在现有的FSO通信加密方法上提 供了一种可选性。 附图说明 0011 图1为本发明所述的自由空间光通信FSO安全性的混沌加密方法的原理图； 0012 图2为本发明所述的自由空间光通信FSO安全性的混沌加密方法中单环掺铒激光 器系统混沌通信结构图。 具体实施方式 。

11、0013 具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，自由空间光通信FSO安全性的 混沌加密方法，该方法由以下步骤实现： 0014 一、输入信号S i 经过驱动混沌电路的光调制器C6与经延迟器D1出来的同步输出 信号进行调制，调制后的信号经过耦合器C2进入掺铒光纤环M内，在环M内，经耦合器C2耦 合后的信号通过极化控制器A、一段掺铒光纤反馈到波分复用器C5。其中，光调制器C6的 损耗系数随着输入信号S i 的不同而不同，损耗系数 i 的表达式可记 i 60+10S i ，所述 输入信号S i 是数字输入信号，可以表示为： 0015 (2n+1)T/2,S i 0； 0016 2nT/2,S 。

12、i 1； 0017 T为数字信号周期，n为整数。 0018 二、I pa 为掺铒光纤环M的输入泵浦光强，波分复用器C5把经过隔离器A的泵浦 光强I pa 与掺铒光纤环M反馈回来的信号进行复合，复合后的信号一部分输入掺铒光纤环M 内，另一部分输出到耦合器C1，从耦合器C1出来的信号一部分进入延迟器D1，另一部分信 号作为加密变换后的发射信号E m ，然后将该信号发射到大气传输通道，并被接收天线接收。 0019 三、接收天线从大气传输通道接收的信号E m 经过耦合器C3耦合后，一部分信号与 掺铒光纤环S反馈的信号进入波分复用器C4进行复合，复合后的一部分信号进入掺铒光纤 环S内，并经极化控制器B、。

13、一段掺铒光纤反馈到波分复用器C10，复合后的另一部分信号输 出到掺铒光纤环S外； 0020 I pb 为掺铒光纤环S的输入泵浦光强，波分复用器C10把经过隔离器B的泵浦光强 I pb 与掺铒光纤环S反馈回来的信号进行复合，复合后的信号经过耦合器C9耦合后，一部分 信号经延迟器D2、光调制器C8、耦合器C7输入掺铒光纤S环内，经耦合器C9耦合的另一部 分信号与耦合器C3耦合后的另外一部分同步信号E S 进行解密变换，获得输出信号S o 。其 中产生信号E m 的驱动混沌电路与产生E s 的同步混沌电路的归一化动力学方程表示为： 0021 E m ()-k m E m ()+g m E m ()D。

14、 m - i E m (- 0 ) 0022 D m -I pa +1+|E m ()| 2 D m +I pa -1 说 明 书CN 104333445 A 3/3页 5 0023 E s ()-k s E s ()-b 0 E m ()+g s E s ()D S - 0 E S (- 0 ) 0024 D s -I pb +1+|E s ()| 2 D s +I pb -1 0025 式中，E m ,E S 分别为驱动混沌电路与同步混沌电路的输出激光场强, 0 固定为常 数70， i 60+10S i ,b 0 表示通过耦合器C4传输信号的比率，其值可取其中k m ， k s 分别为掺铒。

15、光纤环M与掺铒光纤环S的损耗系数， 0 表示延迟时间，两混沌电路的泵浦 光强分别为I pa ,I pb ，固定为常数值,D m ,D S 为混沌电路的反转粒子数，g m ,g S 分别表示两激光 器的增益系数。另外当传输信号为“0”时，由于延迟损耗系数不同，两个混沌系统的输出场 强相差非常大，系统不能同步，两输出激光信号的差值不为零；而当传输信号为“1“时，损 耗系数相同，两掺饵光纤激光器系统能够精确同步，两输出激光信号的差值为零。因此驱动 混沌电路输出信号E m 与同步混沌电路输出的混沌同步信号之差S O 可以反映传输的信号状 态。 0026 本发明所述的输出信号S o 信号经过低通滤波器或者其他逻辑电路就可以得到与 S i 相同原始的二进制信号。 说 明 书CN 104333445 A 1/1页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104333445 A 。