一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统

本发明涉及混沌保密通信领域，尤其涉及一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统。

背景技术：

1、混沌保密通信是一种基于非线性动力学变换的物理层加密技术。在发送端，采用混沌系统输出的模拟非线性载波对明文信号进行遮掩。类噪声载波具有的高度随机性和长期不可预测性，是混沌保密通信安全性得以保障的基础。在接收端，接收者拥有对称物理变换器件及与发送端匹配的物理参数(往往作为加密密钥)，基于混沌同步控制，再现发送端混沌载波，从而从密文信号中解调出所传输的明文信息。

2、作为一种有效的物理层安全通信手段，混沌保密通信从早期的电路混沌实现发展到近年来空前活跃的光学混沌实现，其在传输速率、传输距离、安全性上面都得到了显著的提高。然而，混沌保密光通信的进一步规模化应用还面临如下瓶颈问题：

3、1.通信系统的高安全性与实现复杂性存在根本矛盾，要提高系统的安全性不可避免地会复杂化系统的物理结构；

4、2.现有混沌掩盖保密体制存在固有缺陷，信息信号与载波叠加而成密文信号，信息信号的功率不可过大亦不可过小，使得通信系统无法兼顾安全性和噪声免疫力。

技术实现思路

1、为了解决系统的高安全性与实现复杂性存在的矛盾，无法兼顾安全性和噪声免疫力的问题，本发明提供了一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统，有效提高通信系统安全性的同时，还简化了通信双方的系统结构。该系统主要包括：发射端和接收端；

2、在发送端，通过将明文信号m(t)直接注入时滞光混沌源中作为系统的动态变量参与系统的非线性演变过程，根据明文自注入扰动系统搭建混沌信号发生装置，明文信号m(t)通过混沌信号发生装置后输出的信号将作为密文信号进行传输；

3、密文信号一部分反馈回系统形成延时闭环，剩余部分注入通信信道用于保密通信传输，经信道传输后，得到受到干扰后的密文信号，在接收端，通信者将接收到的受干扰后的密文信号分成两路，一路通过延时模块处理后得到延时信号s(t-τ)，将延时信号和另一路受干扰后的密文信号注入到解调模块进行解调，从而得到解调后的信号m′(t)。

4、本发明提供的技术方案带来的有益效果是：相对于传统光混沌保密通信体制中明文信号与混沌载波信号叠加生成密文信号的方式，本发明将明文信息直接注入光混沌发射机，明文信号被视作一个动态变量，参与系统的非线性演变过程，从而输出对应密文。相应地，本系统基于变量反求，利用深度神经网络设计了无同步解调器。所提方案达到有效提高通信系统安全性的同时，还降低通信双方系统结构的物理复杂度。与现有技术相比，本发明采取更简单的加密和解调装置结构，降低了硬件实现的难度。本发明在不同信噪比下的误码率性能分析显示，在各种信噪比环境下仍能提供可靠的通信，即使在较低信噪比下也能保持误码率在可接受范围内。本发明在保护机密信息、抵御各种攻击手段等方面均具有显著的安全性增强优势，且具有可观的抗噪能力。

技术特征：

1.一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统，其特征在于：包括：发射端和接收端；

2.如权利要求1所述的一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统，其特征在于：时滞光混沌源为x(t)是系统变量，x(t-τ)是系统时滞变量，p是系统参数，f()表示映射函数，τ表示延迟参数，t表示时间。

3.如权利要求1所述的一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统，其特征在于：明文自注入扰动系统为：x(t)是系统变量，x(t-τ)是系统时滞变量，p是系统参数，明文信号m(t)为系统的动态变量，f()表示映射函数，τ表示延迟参数，t表示时间。

4.如权利要求1所述的一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统，其特征在于：解调模型的损失函数为：

5.如权利要求1所述的一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统，其特征在于：映射函数f()满足：

6.如权利要求1所述的一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统，其特征在于：混沌信号发生装置包括，激光二极管、偏振控制器、马赫-曾德尔调制器、光电探测器和射频放大器；所述光电探测器包括第一光电探测器、第二光电探测器、第二光电探测器；所述射频放大器包括第一射频放大器、第二射频放大器、第三射频放大器；偏振控制器输入端连接激光二极管，输出端连接马赫-曾德尔调制器第一输入端，马赫-曾德尔调制器输出端连接第一光耦合器输入端，第一光耦合器第一输出端通过第一延迟线连接第一光电探测器输入端，第一光电探测器输出端连接第一射频放大器输入端，第一射频放大器输出端连接马赫-曾德尔调制器连接第二输入端，第一光耦合器第二输出端连接第二光耦合器输入端，第二光耦合器第一输出端连接第二光电探测器输入端，第二光电探测器输出端连接第二射频放大器输入端，第二射频放大器输出端连接解调模块第一输入端，第二光耦合器第二输出端通过第二延迟线连接第三光电探测器输入端，第三光电探测器输出端连接第三射频放大器输入端，第三射频放大器输出端连接解调模块第二输入端，解调模块输出端输出最终解密出的密文信号。

7.如权利要求6所述的一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统，其特征在于：该系统的工作原理为：

8.如权利要求1或6或7所述的一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统，其特征在于：所述解调模块基于深度神经网络构建而成。

技术总结本发明提供了一种用于增强安全性的极简光混沌保密通信系统，涉及混沌保密通信领域，包括：发射端和接收端；在发送端，通过将二进制随机明文直接注入时滞光混沌源中作为系统的动态变量参与系统的非线性演变过程，通过混沌信号发生装置，输出密文信号；密文信号一部分反馈系统形成延时闭环，剩余部分注入通信信道用于保密通信传输，经信道传输后，在接收端，通信者将接收到的受干扰后的密文信号分成两路，一路通过延时模块处理后得到延时信号，将延时信号和另一路受干扰后的密文信号注入到解调模块进行解调，从而解调出最终的明文信号。本发明的有益效果是：有效提高通信系统安全性的同时，还简化了通信双方的系统结构。技术研发人员：耿乐乐,高孝婧,陈诗缘,蔡依菲,龚舒慧,曾怡俊受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）技术研发日：技术公布日：2024/7/29