引用本文:
张旭,张杰, 李亚杰,等. 基于量子噪声流加密的光纤物理层安全传输技术[J]. 光通信技术,2020,44(4):18-22.
张 旭1,张 杰2*,李亚杰2,张会彬2,雷 超2,涂志伟2
(1.国网甘肃省电力公司 信息通信公司,兰州 730050;2.北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对通信窃听问题,以"内生安全光通信理论与技术研究"项目为研究背景,从信息层面、载波层面和调制后的信号层面,介绍了光纤物理层安全传输的现有技术发展。提出了一种基于量子噪声流加密的光纤物理层安全传输技术,将离散傅里叶变换扩展的正交频分复用(DFTs-OFDM)引入基于正交幅度调制(QAM)的量子噪声流加密传输系统,在保证高频谱利用率的同时,有效抵御非合作方的窃听。研究结果表明:该传输技术实现了10 Gb/s的传输速率、无中继传输距离达300 km的光纤传输,且Q因子超过9,信息截获概率低于0.001%。
关键词:物理层安全传输;量子噪声流加密;正交频分复用
中图分类号:TN929.11 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)04-0018-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.04.004
0 引言
信息技术飞速发展,光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小的特点,已成为全世界通信的主要传输媒介。光纤通信发展迅速,但是光缆传输距离长、线路环境复杂,现有光通信无法抵御线路或节点窃听攻击。非合作方可以利用光纤通信网络中的光放大器、光交叉连接设备以及传输链路等网络单元,通过将光信号分解出光纤,非法提取正常的传输信号的信息。该方法隐蔽性强,不易被发现。目前,利用物理层安全方案实现通信系统安全性,成为新的研究热点,受到了国内外的广泛重视。物理层安全光通信是以抵御线路或节点窃听攻击为目的,以增强抗截获信息防护能力为手段的新体制光通信技术。当前针对物理层安全光通信的基础研究可以分为2类:一类是量子密钥分发理论;另一类是物理层安全理论。以量子密钥分发为代表的新型网络信息安全技术仍有待完善,目前存在诸多制约因素。量子密钥分发要求使用单光子或弱信号进行传输,以至于它对噪声及信号损伤非常敏感。长距离传输所需的光放大器会不可避免地引入噪声,因此量子密钥分发与现有长距离传输系统不兼容。本文重点研究噪声加密安全光通信技术,提出一种基于量子噪声流加密的光纤物理层安全传输技术。
3 结束语
光纤通信发展迅速,但是光缆传输距离长、线路环境复杂,现有光通信无法抵御线路或节点窃听攻击,一些不法分子利用微小的漏洞来窃取信息。本文提出的将DFTs-OFDM技术引入基于量子噪声流加密的QAM系统,避免了额外使用导频信号,提高了频谱利用率,更便于实施信道均衡;本文同时就安全传输性能进行了不同距离的实验分析。实验结果表明:在300 km时,Q因子仍高于9,纠错后BER为0,验证了该实验系统良好的传输性能。同时,通过分析一个光纤窃听攻击的场景,测得Eve基错误率接近100%,信息截获概率小于0.001%,能够有效抵御非法节点窃听攻击。