一种基于混沌信号动态同步的密钥分配方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105763313A(43)申请公布日2016.07.13(21)申请号201610225877.X(22)申请日2016.04.13(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人江宁薛琛鹏吕韵欣邱昆(74)专利代理机构电子科技大学专利中心51203代理人周刘英(51)Int.Cl.H04L9/00(2006.01)H04L9/08(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种基于混沌信号动态同步的密钥分配方法及系统(57)摘要本发明公开了一种基于混沌信号动态同步的密钥分配方法，属于信息安全技术领域物理层加密范畴。本发明由一个驱动源和两个级联的带有随机相位调制光反馈的激光器组组成的密钥分配系统。本发明的安全性在于实际应用中完全观测所有可能情况下的混沌信号的困难程度。在注入锁定效应的作用下，相同的相移会产生非常好的同步效果，反之对于不相同的相移，同步效果较差。通信双方基于观测到的双方所产生混沌信号的互相关性，保留那些相同的相移序列进而完成密钥的分配。由于在密钥分配的过程，双方所传递的是不可重复的混沌模拟信号而非数字信号，并且密钥的分配是根据相关函数来完成的，因而具有更高的安全性和鲁棒性。CN105763313ACN105763313A权利要求书1/2页1.一种基于混沌信号动态同步的密钥分配方法，其特征在于，包括下列步骤：将驱动端产生的同一第一混沌光信号分别发送至通信双方；通信双方分别对第一混沌光信号进行多阶层光调制处理，得到第二混沌光信号并在本地保存，同时将第二混沌光信号发送给通信对方；其中，对第一混沌光信号进行多阶层光调制处理具体为：将第一混沌光信号作为第一阶层的注入光，上一阶层的输出光信号将作为下一阶层的注入光，每个阶层基于各自的随机序列对注入光进行光调制处理，且所有阶层的光调制方式相同，得到每个阶层的输出光信号；将最后一个阶层的输出光信号作为第二混沌光信号；通信双方分别基于本地和接收的第二混沌光信号，计算第二混沌光信号在随机序列的每个码元周期内的互相关程度，并判断所述互相关程度是否在预设阈值内，若是，则保留当前位置的码元，得到通信双方的共享密钥。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用互相关系数C表示第二混沌光信号在随机序列的每个码元周期内的互相关程度：其中IA(t)、IB(t)表示第二混沌光信号在不同时刻t的信号强度，下标用于区分第二混沌光信号所属的通信双方，符号“〈·〉”表示时域上求平均。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当互相关系数C大于预设阈值Thr时，则保留当前位置的码元，其中Thr的取值为0.8～0.9。4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，将各阶层的注入光注入到带反馈的外腔半导体激光器中，带反馈的外腔半导体激光器在接收到注入光的同时还受到自身的带有随机相位调制的光反馈的扰动，并将带反馈的外腔半导体激光器的输出光信号作为下一阶层的注入光，其中带反馈的外腔半导体激光器的随机相位调制基于每个阶层基于各自的随机序完成。5.一种基于混沌信号动态同步的密钥分配系统，其特征在于，包括驱动端、级联半导体激光器组和运算处理单元，其中级联半导体激光器组和运算处理单元分别位于通信双方；驱动端由带反馈的外腔体半导体激光器产生第一混沌光信号，并经光耦合器分光后分别注入到通信双方的级联半导体激光器组；级联半导体激光器组包括多个阶层，每个阶层包括一个带随机相位调制光反馈的半导体激光器SL，各阶层的激光器SL具有相同的调制速率，相邻阶层之间为单向注入级联，且上一阶层的激光器SL的输出光信号作为下一阶层的激光器SL的注入光，第一混沌光信号注入第一阶层的带随机相位调制光反馈的半导体激光器；级联半导体激光器组保存最后一个阶层的输出光信号，得到第二混沌光信号，经耦合器分为两路，一路注入本端的运算处理单元，一路经光纤发送给通信对方；运算处理单元包括互相关程度计算单元和密钥分配单元，其中相关程度计算单元包括两路输入信号，其中一路为本端注入的第二混沌光信号，另一路为通信对方发送的第二混沌光信号；对两路输入信号进行光电转换及模数转换后，计算两路输入信号在随机序列的每个码元周期内的互相关程度，并将计算结果发送给密钥分配单元；密钥分配单元判断计算结果是否在预设阈值内，若是，则保留当前位置的码元。2CN105763313A权利要求书2/2页6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，驱动端的带反馈的外腔体半导体激光器由半导体激光器和反射镜构成。3CN105763313A说明书1/6页一种基于混沌信号动态同步的密钥分配方法及系统技术领域[0001]本发明属于信息安全技术领域，具体涉及光纤通信系统中