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数字密钥调制反馈相位增强混沌光通信安全性的研究

数字密钥调制反馈相位增强混沌光通信安全性的研究

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作者：崔双义太原理工大学

学位级别：硕士

由于混沌信号具有类噪声、宽频谱和不可预测等特性,可被应用于保密通信。普通、简单的光反馈使半导体激光器引入一个自由度,产生混沌激光,但也普遍存在反馈引起的混沌时延信号,即在混沌激光的自相关曲线反馈时延处具有明显的峰值,这会... 详细信息

由于混沌信号具有类噪声、宽频谱和不可预测等特性,可被应用于保密通信。普通、简单的光反馈使半导体激光器引入一个自由度,产生混沌激光,但也普遍存在反馈引起的混沌时延信号,即在混沌激光的自相关曲线反馈时延处具有明显的峰值,这会对混沌保密通信的安全性产生严重影响。同时,用激光器内部参数作为通信的密钥,不仅不易改变,而且密钥参数空间有限。因此,消除混沌时延信号与增大密钥空间对于混沌保密通信系统的安全性至关重要。如何解决这两个关键问题是现有混沌保密通信研究的热点,本文选择这一课题作为研究方向,旨在优化混沌输出,增强保密通信的安全性。其研究内容及结果如下:(1)用数字序列作为密钥,通过数字信号处理器与任意波发生器,控制外腔光反馈的相位随机变化,输出动力学复杂的混沌信号。该方案有效消除了混沌时延信号,同时增大了密钥空间,确保了传输信息的安全性。并以此为基础,设计了单向与双向混沌保密通信系统,成功实现了双向混沌保密通信,研究了传输信道信噪比对信号误码率的影响。(2)一种利用任意波调制反馈相位输出混沌光的方案被提出,采用自相关和互信息技术确认混沌时延信号被有效抑制。数值研究了反馈强度以及调制频率与调制深度对混沌信号强度与相位信息时延特征隐藏的影响,表明在合适的参数条件下,可以输出无时延且频谱平坦的混沌光源信号。(3)一种基于单反馈相位调制的混沌保密通信系统方案被设计,以多进制随机方波作为通信密钥,对反馈光进行相位调制,输出宽频谱、无时延的混沌信号。将信息调制在混沌载波中,在接收端被有效解调输出。在不同信道信噪比条件下,通过比较接收端两路混沌信号的同步性与解调输出信息的误码率,研究了混沌信息调制与混沌隐藏两种信息加密方式。

关键词：外光反馈混沌信号时延抑制相位调制保密通信

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基于激光混沌的保密通信与图像加密研究

基于激光混沌的保密通信与图像加密研究

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作者：刘波成西南大学

学位级别：硕士

随着现代网络技术的极速发展与快速普及,信息数据交流愈发密集频繁且其传播也愈发快速便捷,我们已经步入了“万物皆数据”的大数据时代。其中个人隐私信息是大数据运作的基础,企业掌握越全面的个人隐私信息就可以越有利地帮助企业对用... 详细信息

随着现代网络技术的极速发展与快速普及,信息数据交流愈发密集频繁且其传播也愈发快速便捷,我们已经步入了“万物皆数据”的大数据时代。其中个人隐私信息是大数据运作的基础,企业掌握越全面的个人隐私信息就可以越有利地帮助企业对用户进行更加精准的定位,从而提供更好的服务。但是在大数据为人们的生活与生产带来便利的同时,我们的个人信息无可避免地会在当前网络环境下泄露,给我们的生活带来困扰,甚至会严重地危害我们的个人利益,尤其是在一些对信息数据极度敏感的领域与行业会造成巨大的损失。因此,如何确保信息的安全是现今亟需解决的现实问题,特别是涉及到可以形象生动地表现出信息内容的图像信息,其安全性的研究已经成为了众多专家重点关注的热点领域。目前最常见且最有效的保证图像信息安全性的方法是利用图像加密算法对原始图片信息加密,使其变成模糊不清、不可辨认的图像,之后采用保密通信技术对加密信息进行安全传输,或者通过安全云分享技术对加密信息进行云端的安全传输。如今,人们主流研究和使用的图像加密算法与保密通信技术都是基于传统的混沌系统,其容易在实际电路中实现,但它也受制于电子线路系统的电子瓶颈。而伴随着半导体激光器(Semiconductor Laser,SCL)非线性动力学特性研究的深入,人们发现由半导体激光器产生的激光混沌可以突破传统混沌的电子瓶颈,具有诸多优势,如高的带宽、复杂度和传播速率。这些优势使得光混沌在图像加密与保密通讯领域拥有广大的研究与应用前景。本文的主要研究内容具体如下:(1)本文基于两组相互异步的垂直腔表面发射激光器(Vertical-cavity Surface Emitting Lasers,VCSEL),提出了一种提高光混沌通信安全性的双掩盖(Double Masking,DM)方案,分析了激光器的同步特性和延时信号的抑制特性。本论文利用自相关函数和排列熵提取了时延因子。同时,本文在高质量信号同步的基础上,研究了长距离DM方案的通信性能,特别是研究了不同情况下光纤延迟对通信性能的影响。结果表明,该方案在一定水平上可以抑制延时因子。在引进色散补偿光纤(Dispersion Compensating Fiber,DCF)后,本文实现的DM系统可以在138 km的光纤中同时双向传输4个10 Gbit/s的信息。当误码率小于等于10,品质因子大于等于6时,DM方案的时移(?t)临界值小于单掩盖(Single Masking,SM)系统,这验证了双掩盖系统在增强光通信安全性方面的有效性。(2)本文同时结合了光混沌和嵌入式硬件在图像加密与安全分享方面的优势,利用ARM嵌入式平台Exynos4412模型和受控于正光电反馈(Positive Optoelec-tronic Feedback,POEF)的VCSEL,实验实现一种新型彩色图像加密和云共享系统,并检测评估了其加密与传输性能。本文首先研究了VCSEL的动力学特性,得到了混沌输出。在实验中采用模数转换(Analog to Digital Conversion,ADC)模块对经过光电探测器转换后的光学混沌数据进行采集,利用改进的万有引力模型和双正弦映射加密图像,加密后的图像被云服务技术安全共享。用户可以下载加密后的图像,并通过我们的硬件设备进行解密,效果良好。实验结果证实了该系统能抗衡常见攻击。与数值模拟仿真相比,我们的彩色图像加密和云共享系统的硬件非常难以实现,但我们在现实环境中成功地实现并测试了它。通过对实验结果和仿真结果的比较,我们得到了一致且优良的加密结果。因此,在相似加密效果的情况下,我们的硬件平台可以更加安全地为用户的隐私提供保护。

关键词：光混沌双掩盖原理时延抑制图像加密 ARM嵌入式实现

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