一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统和方法

技术特征：
1.一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，所述系统包括：信号发生模块(1)、信号加密模块(2)、光纤传输模块(3)、信号解密模块(4)、光解调器(5)；所述信号加密模块(2)包括第一色散部件(201)；所述信号解密模块(4)包括第二色散部件(412)；信号发生模块(1)生成待加密的光信号并将光信号发送给信号加密模块(2)，信号加密模块(2)中的第一色散部件(201)对光信号的光强度进行扰乱，然后信号加密模块(2)通过双环自相位结构对光强度扰乱后的光信号进行相位加密，得到加密后的光信号，光信号经过光纤传输模块(3)发送到信号解密模块(4)；信号解密模块(4)通过双环自相位结构对光信号进行相位解密，然后信号解密模块(4)中的第二色散部件(412)对相位解密后的光信号的光强度进行恢复，得到解密后的光信号；信号解密模块(4)将光强恢复后的光信号传输给光解调器(5)，所述光解调器(5)将接收到的光信号转换为电信号。2.根据权利要求1所述的一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，所述信号发生模块(1)包括：外腔半导体激光器(101)、马赫-曾德尔调制器(102)、数据生成模块(103)；外腔半导体激光器(101)的输出端与马赫-曾德尔调制器(102)的第一输入端连接，数据生成模块(103)的输出端与马赫-曾德尔调制器(102)的第二输入端连接，所述数据生成模块(103)生成驱动信号，所述外腔半导体激光器(101)发出用于搭载驱动信号的光载波，马赫-曾德尔调制器(102)将驱动信号调制到光载波从而产生高阶调制信号，马赫-曾德尔调制器(102)的输出端为信号发生模块(1)的输出端，信号发生模块(1)的输出端输出待加密的光信号并将光信号发送给信号加密模块(2)。3.根据权利要求1所述的一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，所述信号加密模块(2)中的双环自相位结构包括：第一相位调制器(202)、第一光耦合器(203)、第二光耦合器(206)、第一加密支路(21)、第二加密支路(22)、第一运算器(211)；所述信号解密模块(4)中的双环自相位结构包括：第三光耦合器(401)、第四光耦合器(404)、第一解密支路(41)、第二解密支路(42)、第二运算器(409)、第二相位调制器(411)；所述第一色散部件(201)将光强度扰乱后的光信号传输给第一相位调制器(202)，第一相位调制器(202)根据驱动端的加密密钥对输入的光信号进行相位加密，然后输出相位加密后的光信号，相位加密后的光信号传输到第一光耦合器(203)；第一光耦合器(203)将一部分光信号通过第一光耦合器(203)的第一输出端发出，第一光耦合器(203)的第一输出端输出的光信号经过第一加密支路(21)到达第一运算器(211)的第二输入端，第一光耦合器(203)将余下的光信号通过第一光耦合器(203)的第二输出端发送到第二光耦合器(206)；第二光耦合器(206)将一部分光信号通过第二光耦合器(206)的第一输出端发出，第二光耦合器(206)的第一输出端输出的光信号经过第二加密支路(22)到达第一运算器(211)的第一输入端，第一运算器(211)对两路输入信号进行叠加得到加密密钥，将加密密钥输出到第一相位调制器(202)的驱动端；第二光耦合器(206)的第二输出端输出余下的光信号，光信号经过光纤传输模块(3)发送到信号解密模块(4)中的第三光耦合器(401)；第三光耦合器(401)将一部分光信号通过第三光耦合器(401)的第一输出端发出，第三光耦合器(401)的第一输出端输出的光信号经过第一解密支路(41)到达第二运算器(409)
的第一输入端，第三光耦合器(401)将余下的光信号通过第三光耦合器(401)的第二输出端发送到第四光耦合器(404)；第四光耦合器(404)将一部分光信号通过第四光耦合器(404)的第一输出端发出，第四光耦合器(404)的第一输出端输出的光信号经过第二解密支路(42)到达第二运算器(409)的第二输入端，第二运算器(409)对两路输入信号进行叠加得到解密密钥，将解密密钥输出到第二相位调制器(411)的驱动端；第四光耦合器(404)的第二输出端将余下的光信号输入到第二相位调制器(411)，第二相位调制器(411)按照驱动端的解密密钥对光信号进行解密，将解密后的光信号输入到第二色散部件(412)，第二色散部件(412)恢复光信号的强度。4.根据权利要求1所述的一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，所述光纤传输模块(3)包括：单模光纤(301)、色散补偿光纤(302)、光放大器(303)；经过加密后的光信号进入由单模光纤(301)和与单模光纤(301)色散值匹配的色散补偿光纤(302)组成的传输链路进行传输，然后使用光放大器(303)对传输后的光信号进行功率放大并传输到第三光耦合器(401)的输入端。5.根据权利要求3所述的一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，所述信号加密模块(2)还包括第一射频放大器(212)，第一射频放大器(212)的输入端连接第一运算器(211)的输出端，第一射频放大器(212)的输出端连接第一相位调制器(202)的驱动端，第一射频放大器(212)对电信号进行放大；所述信号解密模块(4)还包括第二射频放大器(410)，第二射频放大器(410)的输入端连接第二运算器(409)的输出端，第二射频放大器(410)的输出端连接第二相位调制器(411)的驱动端，第二射频放大器(410)对电信号进行放大。6.根据权利要求3所述的一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，所述第一加密支路(21)包括：第一可调光纤延迟线(204)、第一可调光衰减器(205)、第一光电探测器(209)，第一可调光纤延迟线(204)、第一可调光衰减器(205)、第一光电探测器(209)依次连接，第一可调光纤延迟线(204)的输入端连接第一光耦合器(203)的第一输出端，第一光电探测器(209)的输出端连接第一运算器(211)的第二输入端，第一光电探测器(209)将光信号转化为电信号；第二加密支路(22)包括：第二可调光纤延迟线(207)、第二可调光衰减器(208)、第二光电探测器(210)，第二可调光纤延迟线(207)、第二可调光衰减器(208)、第二光电探测器(210)依次连接，第二可调光纤延迟线(207)的输入端连接第二光耦合器(206)的第一输出端，第二光电探测器(210)的输出端连接第一运算器(211)的第一输入端，第二光电探测器(210)将光信号转化为电信号；第一解密支路(41)包括：第三可调光纤延迟线(402)、第三可调光衰减器(403)、第三光电探测器(407)，第三可调光纤延迟线(402)、第三可调光衰减器(403)、第三光电探测器(407)依次连接，第三可调光纤延迟线(402)的输入端连接第三光耦合器(401)的第一输出端，第三光电探测器(407)的输出端连接第二运算器(409)的第一输入端，第三光电探测器(407)将光信号转化为电信号；第二解密支路(42)包括：第四可调光纤延迟线(405)、第四可调光衰减器(406)、第四光电探测器(408)，第四可调光纤延迟线(405)、第四可调光衰减器(406)、第四光电探测器(408)依次连接，第四可调光纤延迟线(405)的输入端连接第四光耦合器(404)的第一输出
端，第四光电探测器(408)的输出端连接第二运算器(409)的第二输入端，第四光电探测器(408)将光信号转化为电信号。7.根据权利要求4所述的一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，所述光放大器(303)为掺铒光纤放大器。8.根据权利要求4任一项所述的一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，单模光纤(301)和色散补偿光纤(302)色散值匹配，第一色散部件(201)和第二色散部件(412)色散值匹配。9.根据权利要求1所述的一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统，其特征在于，第一色散部件(201)和第二色散部件(412)均采用啁啾光纤光栅。10.一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信方法，其特征在于，包括步骤：s1、将电信号调制到光载波上，生成待加密的光信号；s2、对光信号的光强度进行扰乱，并输出光信号；s3、根据加密秘钥对光信号进行相位加密，并输出完成加密的光信号；s4、将一部分完成加密的光信号通过双环自相位结构生成加密密钥，用来对新接收到的光信号进行加密，并将余下完成加密的光信号输出；s5、接收完成加密的光信号，并进行解密；s6、将一部分完成加密的光信号通过双环自相位结构生成解密密钥，根据解密秘钥对余下光信号进行相位解密，并输出相位解密后的光信号；s7、对相位解密后的光信号的光强度进行恢复，并输出完成解密的光信号；s8、将完成解密的光信号解调为电信号，完成数据传输。

技术总结
本发明提供了一种基于色散-双环自相位加密的硬件保密通信系统和方法，涉及光纤通信技术领域。本发明通过色散部件对光信号进行光脉冲展宽使光信号的强度失真，然后相位调制器根据加密密钥对光信号进行相位加密，相位调制器输出的光信号经过两个加密支路生成加密密钥再返回相位调制器，用于对后续的光信号进行相位加密，两个加密支路可以获得高安全性的加密密钥，从而保证系统保密性，并且可以使用现有商用器件和光纤信道与现有的光纤网络体系兼容，在保证数据安全的前提下实现高速数据传输。输。输。


技术研发人员：高震森 张丽红 唐斌 罗颖 付松年 王云才 秦玉文
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2022.08.26
技术公布日：2022/11/29