發(fā)布時(shí)間：2020-06-16 06:58

【摘要】：基于混沌激光的保密通信技術(shù)極具應(yīng)用潛力。混沌激光在保密通信領(lǐng)域的應(yīng)用可以分為兩類(lèi):混沌激光保密通信和高速物理隨機(jī)密鑰分配�；诨煦缂す獾谋Ｃ芡ㄐ偶夹g(shù)具有許多優(yōu)越的性能,例如,物理層安全程度高、密鑰分配速率高、隨機(jī)性好等。本文以基于混沌半導(dǎo)體激光器的保密通信技術(shù)為研究對(duì)象,重點(diǎn)圍繞基于外腔半導(dǎo)體激光器的信號(hào)源優(yōu)化,混沌激光在密鑰分配中的應(yīng)用以及混沌激光保密通信安全性能增強(qiáng)三方面內(nèi)容展開(kāi)研究:1、實(shí)現(xiàn)混沌激光的延時(shí)標(biāo)簽(TDS)抑制以及基于連續(xù)光注入半導(dǎo)體激光器的P1(Period One)微波性能優(yōu)化混沌激光信號(hào)含有的TDS嚴(yán)重地限制了其在保密通信中的應(yīng)用。針對(duì)環(huán)形級(jí)聯(lián)半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)(RCSLs)中混沌激光的TDS,提出并證明了通過(guò)引入額外光反饋實(shí)現(xiàn)TDS抑制的方案。數(shù)值研究表明:通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)姆答亸?qiáng)度,RCSLs中混沌激光的TDS可以被完全抑制。針對(duì)光反饋外腔半導(dǎo)體激光器中混沌激光的TDS,提出并證明了兩種基于相位調(diào)制反饋的TDS抑制方案。方案一通過(guò)在雙光反饋外腔半導(dǎo)體激光器的反饋回路中嵌入相位調(diào)制器(PM)對(duì)反饋光信號(hào)施加高速隨機(jī)數(shù)字相位擾動(dòng),實(shí)現(xiàn)TDS抑制。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著相位調(diào)制深度和速率的提升,混沌激光的TDS逐漸減小。當(dāng)調(diào)制速率和調(diào)制深度足夠大時(shí),可以消除混沌激光的TDS;方案二通過(guò)對(duì)光反饋外腔半導(dǎo)體激光器輸出的混沌激光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和射頻放大作為反饋回路中PM的驅(qū)動(dòng)信號(hào),實(shí)現(xiàn)TDS抑制。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在適當(dāng)?shù)姆答亸?qiáng)度和相位調(diào)制深度下,可以抑制由光反饋延時(shí)引起的TDS。方案二還可以優(yōu)化混沌激光強(qiáng)度時(shí)間序列的概率密度分布,使其更接近高斯分布。此外,由于半導(dǎo)體激光器存在自發(fā)輻射噪聲,基于連續(xù)光注入半導(dǎo)體激光器的P1微波具有較高的線寬。為了優(yōu)化P1微波性能,提出了利用濾波光反饋抑制被注入半導(dǎo)體激光器自發(fā)輻射噪聲的方案。研究結(jié)果表明,濾波光反饋除了能降低P1微波線寬,還能優(yōu)化P1微波的單頻特性和提供額外的微波頻率調(diào)諧途徑。2、提出并證明了三種基于混沌激光同步的對(duì)稱(chēng)密鑰分配方案兩個(gè)相同的半導(dǎo)體激光器或級(jí)聯(lián)半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)(CSLS)在相同的混沌激光的驅(qū)動(dòng)下,可以產(chǎn)生私密同步的混沌激光(與驅(qū)動(dòng)信號(hào)不相關(guān))。方案一通過(guò)動(dòng)態(tài)后處理技術(shù)(DPPT)對(duì)私密同步的混沌激光進(jìn)行動(dòng)態(tài)的對(duì)稱(chēng)采樣和延時(shí)異或,實(shí)現(xiàn)安全密鑰分配。同時(shí),通過(guò)采用雙閾值采樣提高密鑰分配對(duì)同步誤差和模數(shù)轉(zhuǎn)換噪聲的魯棒性,使得密鑰的誤碼率完全可以滿足通信標(biāo)準(zhǔn);方案二通過(guò)觀測(cè)兩個(gè)CSLS在隨機(jī)二進(jìn)制相位擾動(dòng)下同步質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化,實(shí)現(xiàn)從兩個(gè)獨(dú)立的相位擾動(dòng)序列中提取對(duì)稱(chēng)密鑰。研究結(jié)果表明:兩個(gè)CSLS只有在相同的相位擾動(dòng)條件下才能同步,并且相同相位擾動(dòng)和不同相位擾動(dòng)條件下的互相關(guān)系數(shù)具有明顯差值,完全可以通過(guò)互相關(guān)系數(shù)來(lái)鑒別兩個(gè)CSLS的相位擾動(dòng)情況,完成密鑰分配。同時(shí),由于CSLS產(chǎn)生的是TDS抑制的混沌激光,有效地防止了CSLS外腔反饋延時(shí)信息的泄露,所提出的密鑰分配方案具有非常高的安全性;方案三通過(guò)基于同步混沌激光的同步物理隨機(jī)數(shù)與基于RC4算法的偽隨機(jī)數(shù)相模加,產(chǎn)生高速流密碼。研究結(jié)果表明:通過(guò)合理地選擇同步物理隨機(jī)數(shù)的分辨率,最終產(chǎn)生的高速流密碼與同步物理隨機(jī)數(shù)和偽隨機(jī)數(shù)均不相關(guān),并且對(duì)同步物理隨機(jī)數(shù)的誤碼率不敏感。3、提出并證明了三種混沌激光保密通信的安全性增強(qiáng)方案方案一通過(guò)采用數(shù)字相位調(diào)制雙反饋的主半導(dǎo)體激光器(MSL)和從半導(dǎo)體激光器(SSL),實(shí)現(xiàn)對(duì)混沌激光保密通信的數(shù)字相位加密。相比于單反饋相位加密系統(tǒng),雙反饋相位加密不僅抑制了混沌激光的TDS,而且擴(kuò)大了相位密鑰空間;方案二通過(guò)對(duì)MSL輸出的混沌激光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,并將所獲得的電信號(hào)用作MSL和SSL反饋腔中PM的驅(qū)動(dòng)信號(hào),實(shí)現(xiàn)了TDS抑制的混沌激光保密通信。MSL和SSL之間混沌激光同步質(zhì)量對(duì)激光器固有參數(shù)失配和相位調(diào)制參數(shù)失配非常敏感,混沌激光保密通信系統(tǒng)的安全性能得到顯著提高;方案三為基于相同信號(hào)驅(qū)動(dòng)同步的混沌激光保密通信安全性增強(qiáng)方案。通過(guò)將兩個(gè)被驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的混沌激光逆向注入到驅(qū)動(dòng)端半導(dǎo)體激光器中,實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)端半導(dǎo)體激光器中混沌激光的TDS抑制和帶寬展寬,進(jìn)而提高被驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的混沌激光帶寬以及同步對(duì)固有參數(shù)失配的敏感程度,實(shí)現(xiàn)混沌激光保密通信的安全性能增強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN248.4;TN918
【圖文】：

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文在混沌載波信號(hào)中。與傳統(tǒng)的保密通信技術(shù)不同，混沌激光保密通信系統(tǒng)性主要依賴(lài)于混沌同步對(duì) SL 硬件參數(shù)（硬密鑰）的敏感性。敏感程度越高者構(gòu)建相同接收機(jī)就愈困難，混沌保密通信的安全性能就越高。所以混沌信并不是絕對(duì)安全的，當(dāng)調(diào)制深度過(guò)高或者混沌激光同步對(duì) SL 硬件參數(shù)失感，就存在竊聽(tīng)者破譯混沌保密通信的可能性[7-9]。因此必須開(kāi)展混沌保密全性增強(qiáng)研究。

圖 1-2 混沌激光在密鑰分配中的應(yīng)用。(a)基于同步混沌激光對(duì)稱(chēng)采樣的密鑰分配系統(tǒng)；(b)基于隨機(jī)擾動(dòng)同步混沌激光的密鑰分配系統(tǒng)基于上述混沌激光在保密通信應(yīng)用中所存在不足和優(yōu)勢(shì)，本論文立足于信息通信安全事業(yè)的重大決心以及保密光通信領(lǐng)域的重大需求。結(jié)合混究的前沿態(tài)勢(shì)，以基于混沌半導(dǎo)體激光器的保密通信技術(shù)研究為選題，沌激光的 TDS 抑制，混沌激光保密通信安全性增強(qiáng)以及基于混沌激光同分配的研究，相關(guān)研究成果對(duì)于我國(guó)通信安全產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義 混沌激光及其應(yīng)用的研究現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢(shì)1960 年 Maiman 等人研制出第一臺(tái)紅寶石激光器，不久 Lorenz 也于 1963第一個(gè)混沌吸引子，揭開(kāi)了混沌研究的序幕[15]。但在之后的十多年中，混沌系統(tǒng)一直是分屬不同領(lǐng)域的兩個(gè)學(xué)科。直到 1975 年，Haken 第一將與激光器聯(lián)系起來(lái)，激光物理和混沌理論開(kāi)始作為一個(gè)獨(dú)立的研究領(lǐng)域的研究表明，SL 在光反饋[17-19]，光注入[20, 21]、光電反饋[22-26]、電流調(diào)制[2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 孫圓圓;王龍生;郭煈強(qiáng);王云才;;適用于混沌密鑰分發(fā)的新誤碼協(xié)調(diào)方法[J];中國(guó)科技論文;2015年14期

2 張英英;張建忠;張明江;王云才;;2.87-Gb/s random bit generation based on bandwidth-enhanced chaotic laser[J];Chinese Optics Letters;2011年03期

3 顏森林;光纖混沌相位編碼保密通信系統(tǒng)理論研究[J];物理學(xué)報(bào);2005年05期

本文編號(hào)：2715704