基于非线性混沌理论的光正交频分复用接入系统物理层安全性的研究

Optical orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) access system is a hot research area for future optical access network, and the physical layer security is a key problem in this system. Optical OFDM access system can cover large areas and huge subscribers, so it needs a physical layer model with higher secure level and larger key space. Second, the optical OFDM access system has various of access types and flexible resource allocation, so it needs stronger universal perturbation strategy. Third, the system adopts high-speed, multi-level modulation, so the security on baud-level is also a problem to be solved..This application bases on nonlinear chaotic theory, and employs multi-dimensional chaotic coding/decoding strategy for optical OFDM access system. We will analyze the mechanism between the nonlinearity and coding/decoding model, and the suitable match among the complexity of coding, key space and system security; we will also study the theory of cross-disturbance based on time and frequency domain, including the spectrum feature effect on system performance and the integration of cross-disturbance method and system resource allocation; we will study the baud-level security model based on the constellation rotation and amplitude jump, as to realize high reliability, flexible baud-level physical layer security model in optical OFDM access system. It has an important theoretical and practical significance for the development of security criterion in future fiber access network.

光正交频分复用接入系统是下一代光接入网的热点研究领域，物理层安全机制是该系统的关键问题。光正交频分复用接入系统覆盖范围广、用户容量大，从而需要密级更高、密钥空间更大的物理安全模型；同时，该系统接入方式多样、资源配置灵活，故需普适性更强的扰动策略；系统采用高速、多阶的调制方式，因而需要解决其波特级安全问题。. 本申请基于非线性混沌理论，在光正交频分复用接入系统中引入多维度混沌编解码策略，充分分析系统的非线性与编解码模型之间的作用机理，以及编码复杂度、密钥空间与系统安全性之间的合理匹配；研究基于时域、频域双域交叉扰动理论，包括频谱结构对系统性能的影响，以及交叉扰动方式与系统资源配置方式的有效融合；研究基于星座旋转与幅度跃迁的波特级安全机制，从而实现高可靠、灵活的波特级光正交频分复用接入系统的物理层安全模型，为发展下一代光纤接入网络确立新的安全准则，具有重要的理论与实用意义。

光正交频分复用接入系统以其频谱率高、动态性好等优点，被视为下一代光接入网的优选方案之一。由于接入容量和用户数量的极大提升，保障光正交频分复用接入网的安全显得尤为重要。物理层作为安全体系的基础，能够对整个数据流进行加密，可以有效保证系统的接入安全。如何建立光正交频分复用接入网的物理层安全机制，是本项目解决的关键问题。项目针对光正交频分复用接入网的物理层安全问题，研究了基于非线性混沌理论的多维度高可靠编解码模型，提出了不同混沌映射下信号的编解码安全方案；研究了不同混沌模型下的信号安全性能并提出了改进方案；设计了双域交叉扰动方案，改进了交叉扰动方法，提高了加密强度和加密性能；研究了非线性星座旋转和幅度跃迁的波特级安全接入机制，并分析了算法强度、复杂度及密钥生成等性能；建立了高安全光正交频分复用接入系统实验平台，并进行了方案的实验验证。基于上述研究成果，发表了SCI检索论文14篇（其中影响因子大于3.0以上的期刊论文10篇），申请了发明专利6项，培养了研究生6人。项目取得的研究成果将为光正交频分复用接入网在我国的发展奠定一定理论与实验基础，并推动安全、高可信接入业务在我国的进一步发展。