王鵬業(yè)

【摘 要】混沌加密是一種將混沌技術(shù)與加密方法相結(jié)合的新興的密碼加密技術(shù)。光學通信是一種利用光波載波進行通信的方式。由于光學中存在混沌現(xiàn)象，所以我們在光學通信中應用混沌加密技術(shù)進行保密工作。混沌加密在光學通信中的應用主要包括：混沌加密常用方法、光學通信中混沌加密通信常用方案以及光學通信中兩級加密的混沌加密通信方案。其中混沌加密常用方法主要包括：數(shù)字流混沌加密、數(shù)字信號混沌加密以及連續(xù)流混沌加密等。光學通信中混沌加密通信常用方案主要包括：混沌掩蓋加密方案、混沌鍵控加密方案、混沌參數(shù)加密方案以及混沌擴頻加密方案等。

【關(guān)鍵詞】混沌加密；光學通信；應用

二十世紀六十年代，人們發(fā)現(xiàn)了混沌理論?；煦缋碚摷匆粋€給出混亂、隨機的分周期性結(jié)果的模型，卻是由確定的非線性微分方程構(gòu)成?；煦缡且环N形式非常復雜的運動，看似雜亂無章的隨機運動軌跡，卻是由一個確定方程模型得出?；煦鐚Τ跏紬l件的敏感度非常高。密碼技術(shù)是一種研究使用密碼進行加密的技術(shù)，而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，竊取加密密碼的方法越來越多，并且隨著傳統(tǒng)密碼技術(shù)的不斷使用和技術(shù)公開，傳統(tǒng)密碼技術(shù)的保密性已經(jīng)降低，所以一些新的密碼技術(shù)開始出現(xiàn)，其中包括混沌加密、量子密碼以及零知識證明等。本文首先介紹混沌加密密碼技術(shù)，然后介紹光學通信，最后重點探討混沌加密在光學通信中的應用。

1.混沌加密

我們首先對混沌加密的相關(guān)內(nèi)容做一下簡單介紹，主要包括：混沌的特征、混沌加密的定義以及混沌加密的常用方法?；煦绲奶卣髦饕校夯煦邕\動軌跡符合分數(shù)維理論，混沌軌跡是有序與無序的結(jié)合、并且是有界的偽隨機軌跡，混沌運動具有遍歷性，所有的混沌系統(tǒng)都具有幾個相同的常數(shù)、并且符合利亞普諾夫指數(shù)特性，混沌運動的功率譜為連續(xù)譜線以及混沌系統(tǒng)具有正K熵等?；煦缂用苁且环N新的密碼技術(shù)，是將混沌技術(shù)與加密方法相結(jié)合的一種密碼加密技術(shù)?；煦缂用艿姆椒ㄓ泻芏喾N，根據(jù)不同的通信模式，可以選擇不同的加密方式與混沌技術(shù)結(jié)合，以實現(xiàn)信息的加密傳輸?；煦缂用艿某Ｓ梅椒ㄖ饕ǎ簲?shù)字流混沌加密、數(shù)字信號混沌加密以及連續(xù)流混沌加密等。

2.光學通信

之所以將混沌加密應用在光學通信中，是因為光學中存在混沌現(xiàn)象，這種混沌現(xiàn)象既包括時間混沌現(xiàn)象也包括空間混沌現(xiàn)象。光學通信是一種利用光波載波進行通信的方式，其優(yōu)點是信息容量大、適應性好、施工方便靈活、、保密性好、中繼距離長以及原材料來源廣等，光纖通信是光學通信中最重要的一種通信方式，已成為現(xiàn)代通信的重要支柱和發(fā)展趨勢。光纖通信系統(tǒng)的組成主要包括：數(shù)據(jù)信號源、光數(shù)據(jù)傳輸端、光學通道以及光數(shù)據(jù)接收端等。數(shù)據(jù)信號源包括所有的數(shù)據(jù)信號，具體體現(xiàn)為圖像、文字、語音以及其他數(shù)據(jù)等經(jīng)過編碼后所形成的的信號。光數(shù)據(jù)傳輸端主要包括調(diào)制解調(diào)器以及計算機等數(shù)據(jù)發(fā)送設備。光學通道主要包括光纖和中繼放大器等。光數(shù)據(jù)接收端主要包括計算機等數(shù)據(jù)接收設備以及信號轉(zhuǎn)換器等。

3.探討混沌加密在光學通信中的應用

在光學通信中，應用混沌加密技術(shù)對明文進行加密處理，以保證明文傳遞過程中的安全性和保密性。本文重點對混沌加密在光學通信中的應用進行了探討。其內(nèi)容主要包括：混沌加密常用方法、光學通信中混沌加密通信常用方案以及光學通信中兩級加密的混沌加密通信方案。其中混沌加密常用方法主要包括：數(shù)字流混沌加密、數(shù)字信號混沌加密以及連續(xù)流混沌加密等。光學通信中混沌加密通信常用方案主要包括：混沌掩蓋加密方案、混沌鍵控加密方案、混沌參數(shù)加密方案以及混沌擴頻加密方案等。

3.1混沌加密常用方法

連續(xù)流混沌加密方法：連續(xù)流混沌加密利用的加密處理方式是利用混沌信號來掩蓋明文，即使用混沌信號對明文進行加密處理。連續(xù)流混沌加密方法常應用在混沌掩蓋加密方案以及混沌參數(shù)加密方案中。其加密后的通信模式是模到模的形式。

數(shù)字流混沌加密方法：其加密后的通信模式是模到數(shù)再到模的形式。

數(shù)字信號混沌加密方法：其加密后的通信方式是數(shù)到數(shù)的形式。主要包括混沌時間序列調(diào)頻加密技術(shù)以及混沌時間編碼加密技術(shù)。主要是利用混沌數(shù)據(jù)信號對明文進行加密。

3.2光學通信中混沌加密通信常用方案

在光學通信中，利用混沌加密技術(shù)進行通信方案的步驟主要包括：先利用混沌加密方法對明文進行加密（可以使用加密系統(tǒng)進行這一過程），然后通過光釬進行傳輸，接收端接收后，按照一定解密步驟進行解密，恢復明文內(nèi)容。

混沌掩蓋加密方案：其掩蓋的方式主要有三種：一種是明文乘以密鑰，一種是明文加密鑰，一種是明文與密鑰進行加法與乘法的結(jié)合。

混沌鍵控加密方案：其利用的加密方法主要為FM-DCSK數(shù)字信號加密方法。該方案具有良好的抗噪音能力，并且能夠不受系統(tǒng)參數(shù)不匹配的影響。

混沌參數(shù)加密方案：就是將明文與混沌系統(tǒng)參數(shù)進行混合傳送的一種方案。這種方案增加了通信對參數(shù)的敏感程度。

混沌擴頻加密方案：該方案中，擴頻序列號一般是使用混沌時間序列，其加密方法是利用數(shù)字信號，該方案的抗噪音能力特別好。

3.3光學通信中兩級加密的混沌加密通信方案

為了進一步保證傳輸信息的安全保密性，需要對明文進行二次加密。其步驟是：首先先對明文進行第一次加密（主要利用雙反饋混沌驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生密鑰1，然后將明文與密鑰1組合起來形成密文1），第二步是通過加密超混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的密鑰2對密文1進行二次加密，形成密文2，第三步將密文2通過光纖進行傳遞，同時將加密超混沌系統(tǒng)一起傳遞到接收端。第四步，接收端接收到密文2以及加密超混沌系統(tǒng)后，對密文2進行解密，形成密文1，然后將密文1傳送到雙反饋混沌驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生密鑰1，然后將密文1進行解密，通過濾波器破譯出明文。此外，還可以對二級加密通信進行優(yōu)化，即使用EDFA（雙環(huán)摻餌光纖激光器）產(chǎn)生密鑰進行加密。

4.結(jié)論

本文首先對混沌加密的相關(guān)內(nèi)容做一下簡單介紹，主要包括：混沌的特征、混沌加密的定義以及混沌加密的常用方法。然后我們簡單介紹了一下光學通信以及光纖通信，并且介紹了光纖通信的組成結(jié)構(gòu)。并且由于光學中存在混沌現(xiàn)象，所以我們在光學通信中應用混沌加密技術(shù)進行保密工作。最后本文重點探討了混沌加密在光學通信中的應用，其內(nèi)容主要包括：混沌加密常用方法、光學通信中混沌加密通信常用方案以及光學通信中兩級加密的混沌加密通信方案。其中混沌加密常用方法主要包括：數(shù)字流混沌加密、數(shù)字信號混沌加密以及連續(xù)流混沌加密等。光學通信中混沌加密通信常用方案主要包括：混沌掩蓋加密方案、混沌鍵控加密方案、混沌參數(shù)加密方案以及混沌擴頻加密方案等。

【參考文獻】

[1]馬瑞敏，陳繼紅，朱燕瓊.一種基于混沌加密的關(guān)系數(shù)據(jù)庫水印算法[J].南通大學學報（自然科學版），2012，11（1）：13-27.

[2]徐寧，陳雪蓮，楊庚.基于改進后多維數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)的多圖像光學加密算法的研究[J].物理學報，2013，62（8）：842021-842025.

[3]劉強，方錦清，趙耿，李永.基于FPGA技術(shù)的混沌加密系統(tǒng)研究[J].物理學報，2012，61（13）：1305081-1305085.

[4]于茜.混沌加密在光學通信中的應用研究[C].碩士學位論文.長春：長春理工大學，2009.1-45.