基于混沌加密的OFDM-PON安全通信技术研究

摘要

伴随这通信网络的高速发展，一方面信息安全已经成为关系国计民生的重要问题之一，已经上升到国家层面；另一方面随着互联网时代的到来，日益增长的带宽需求也对传统的接入网提出了挑战。光OFDM-PON技术以其接入宽带高、服务范围大、带宽分配灵活、业务接入范围广以及设备运营、管理成本低等优点被认为是未来接入网发展的重要方向，而结合混沌加密的OFDM-PON技术在保持了OFDM 技术优势的基础上，还能够充分利用混沌的特性，从物理层角度极大的提升数据传输的安全性，是极具潜力的下一代光接入网方案。 本文从混沌的原理出发，分析了混沌的基本特性及利用其用于加密所具有的优势。同时结合OFDM调制技术的数据处理转换步骤，明确了可进行混沌加密处理的数据变换位置。针对密钥分发的问题，研究了两种可用于基于混沌的OFDM-PON保密通信系统的方法：基于动态同步的混沌密钥分发方法和基于实时更新的混沌密钥分发方法，从理论上分析了该密钥分发方法的可行性，并对其安全性进行了分析。 针对整个通信系统，研究了三种基于混沌加密处理的OFDM-PON系统：基于二维混沌扰动CO-OFDM-PON系统、基于动态映射的三维加密DDO-OFDM-PON系统和基于DFT和子载波扰动的DDO-OFDM-PON系统。首先通过理论介绍和公式推导，阐明了三种加密方案的可行性，并通混沌系统的过初值敏感性、输出序列的相关性、密钥序列的随机性分析，给出了加密方法的密钥空间。然后通过VPI和MATLAB联合仿真搭建了三个通信系统，仿真了不同加密处理方法下系统的通信性能及抗统计分析能力。最后，针对基于强度调制/直接探测的两种OFDM-PON保密通信方案，进行了基于25km光纤信道的实验传输验证。 研究结果表明，本文提出的三种基于混沌的加密方案的密钥空间均超过1030，能够有效对抗穷举攻击，提升OFDM-PON网络数据传输的安全性。基于动态映射的加密方案具有最小的加密复杂度，是三种方案中性能最佳加密方案。

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