论文部分内容阅读
[摘 要]光纤通信技术作为信息化时代的前沿技术，具有传输频率带宽高、抗干扰能力强、传输保密性能优，收发信号的衰减消耗小的特点。本文简要阐述了光纤通信系统的相关概念，通过列举对比混沌保密通信技术、光纤码分多址保密技术和量子保密通信技术这三种常见的光纤通信系统保密技术，认真总结了三种保密技术的各自运行原理和技术特征点，可为光纤通信技术工作者提供一定参考。
[关键词]光纤通信 保密技术 技术对比
中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）46-0051-01
当今信息时代，随着各种社会活动和经济行为中的信息载量不断增加，各种用于扩大信息传播容量的通信技术在不断研究推广中，同时提高了信息载体之间的交换和传播速率。光纤通信技术作为当今世界凝聚科技研发力量的前沿技术，在信息化发展中占据重要位置，保障了通信领域中各种业务的快速高效开展。
1 光纤通信系统的相关概念
光纤通信技术也称之为光导纤维通信。其技术原理是利用光导纤维作为信号传输媒介，利用光波作为信息信号的载波，实现信息在不同区域的传递。光导纤维是由高纯度的玻璃经过拉丝工艺制造而成。在实际工程运用中，进行通信的媒介并不是简单的一根光导纤维，而是使用由多根光纤集聚形成的光缆传输通信信号。光纤通信系统正是以光纤通信为基础，实现光电转化，用光来传输信息的通信系统。
光纤通信系统的首要特征就是能够在单位时间内传输更大容量的信息。据理论研究和实际工程测试，一对单模光纤可以确保约36000部电话在同一时间开通，而且可以预见未来随着更先进技术的引入开发，光纤通信的信息储量还将继续扩大。光纤通信系统具有很多技术优点，首先光导纤维的制造材质决定了其体积小、重量轻、金属组成部件少，同时具有传输频率带宽高、抗干扰能力强、传输保密性能优，收发信号的衰减消耗小的特点，在成本费用上，光纤通信在一定范围内使用用户越多，投入的建设费用就越趋于减少。伴随着国际通信产业的不断壮大和互谅网技术的飞速发展，世界社会活动和经济生产必然实现更全面的信息化，而光纤通信的技术腾飞必然为时代信息化提供强大推动力。
2 光纤通信系统的保密技术发展现状
光纤通信系统的通信过程实际是一个光电信号相互转变的过程。光纤通信系统的主要构成部分是光端机、中继机构和传输光缆。光纤通信系统开发保密技术的出发点，正是基于光纤通信系统自身的特性。由于光波传播的波长极短、相对拥有极高的工作频率，这样的特性使得光纤通信的传输频帶要求很高，只有在高带宽的通道下采用数字通信，才能使得光纤通信信号快速传递。采用数字通信方式的结果，首先保障了数字信号具有一定的防窃听能力，而且还能持续施加数字加密技术。同时，使用光缆传输通信信息时，电磁效应的影响作用几乎可以忽略不计，信号也不会再电磁场的干扰下失真、丢包或者泄露，因此具有良好的保密性。光纤通信的保密性使得其在国防军事、全球商业贸易等涉及隐私的保密领域通信方面成为最可靠的保密抗干扰通信手段。
3 光纤通信系统的主要保密技术
一般性的保密系统具有相似的构造模型。即首先在系统的发送端加密要发出的消息，通过一定的变换原则，将存在的所有明文序列变为不易查询和更改的密文序列。等信息传送到接收端时，消息将会通过不同的变换原则，将密文解密还原成明文，从而获得信息。在通信过程中消息的窃取行为是指在传输信道中将截获的密文序列通过不同的测试原则进行解密。因此，只有尽量确保整个传输信道的保密性，或者提高明文与密文变换所使用的指令编码原则，才能确保通信系统中的信息不被窃取。
3.1 以混沌掩盖为代表的混沌保密通信技术
混沌保密通信是以混沌动力系统的物理、数学和信息电子工程中运用理论作为依托开展的新型研究。混沌保密通信系统的三部分分别为发送端、接收端和信道。发送端确定发出的有用信息与系统中的混沌信号进行混合调制，在一定的加密作用下形成混沌信号，具有了混沌特性，这时的混沌信号经过信道后到达接收端，再通过一定的解密作用使得有用信息与混沌信息实现分离，获得可用信息。
混沌掩盖作为混沌保密通信系统中的早期技术，实现保密的效果比较明显。混沌信号在混沌掩盖时，一边加强信源的加密操作，一边通过具有特性的载波形式携带信号进行传输。混沌信号本身功率极小，在较高带宽中频谱密度显得相当集中小型化，这样的特质使得混沌载波上的有用信息容易被侵犯窃听。而混沌掩盖的作用就是能够是混沌载波上的有用信号传输时，能够激励产生自适应神经元组织来辅助通信系统收发两端的同步，通信系统的保密性和安全性从而大大提高。通过研究可以发现，越是复杂程度高的混沌动力系统越能提高混沌保密通信系统的安全性能。
3.2 基于光纤光栅的光纤码分多址保密技术
光纤码分多址技术是融合通信领域的码分多址（CDMA）技术与光纤通信技术的实用技术。因为融合了两种不同通信方式的特点，因此具有独特的技术优势。光纤码分多址通信系统框架中，处于系统发送端的每个用户个体对应不同的地址码，一旦在发送端出现信息数据，通信系统就发出超短光波脉冲，能够在信道中产生一系列光脉冲序列并往接收端传送，系统内部设立的耦合装置根据不同网络协议将光网上的光脉冲序列耦合并广播给每个用户，便于用户在接收端解码取信，从而筛选有用信息获取资讯。
光纤码分多址技术拥有独特的系统优势，能够自动实现某段带宽资源的动态分配。光纤码分多址可以直接交换和复用所传输的数据信号，因此系统具有极高传输速率。由于发送端的用户一人对一址，具有不同的码地址且码地址唯一，所以很容易针对地址实现点对点的通信，节点彼此间相对独立，某一节点问题出现不会影响其他节点。同时由于接收端的用户也是一人对一址，具有不同的码地址且码地址唯一，那么接收端和发送端的用户地址码之间必然建立匹配性，确保解密过程的正确进行。因此，光纤码分多址系统的可靠性和保密性实现的关键在于用户的地址码难于破解。
3.3 量子保密通信技术
量子保密通信技术积极运用物理学中的量子属性概念，即理想状态下单个体光子的状态是无法测定的。量子保密系统中，需要在发送端发出的信息，首先通过加密技术形成密文，将密文加载到不确定轨迹的单个光子上。单体光子在信道中快速移动，携带者密文信息直接传输到接收端。接收端根据已知的解密体系，将单光子上的密文获得并解密从而得到信息。在传输过程中，一旦需要窃听，就需要截获加载信息的单体光子。由于单体光子已经无法被分解，一旦在传输中被截获光子，信息也随之丢失，而此时单光子就不会出现在接收端，证明所传信息已经泄密。当然，在截获单光子后，窃听方并不能复制到光子携带的密文信息，这是因为密文信息同母体单光子一样具有了不确定性状态，所以即使已经获得一定的信息也不会有可用的信息被筛选读取。若窃听方想破坏收发光子的通信系统，从光子上新确立的密钥将直接重发给接收端，从而使发送和接收端都能及时发现窃听风险。一旦系统通过重新发送的解密体系未获取信息，则系统会判定信息被迫害，进而采取相应措施应对。由上可见，在量子保密通信系统中，系统能在较短时间内识别窃听方的窃听行为并有效终止，实现通信双方通信的高保密性。
4 结语
上文阐述的三种光纤通信系统保密技术都基于共性原理确保保密性，都不是简单的数据行加密从而能够某种算法解密，都利用了特殊的调制技术对信息进行加密处理。当然，这些保密技术仍然有自己的局限性，可以提升的空间仍然存在。保密方面的良好性能使得光纤通信系统的优越性进一步提高，通过不断研究，光纤通信系统的保密技术必然能得到更多优化和发展。
参考文献
[1] 陈晓蕾.混沌激光保密光纤通信实验研究[D].大连理工大学.2014.
[2] 秦晓娟，张辉，王金东.保密通信与量子密码术[J].科技创新导报.2009.
[3] 赵梓森.浅谈光纤通信[M].北京：清华大学出版社.2006.
[关键词]光纤通信 保密技术 技术对比
中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）46-0051-01
当今信息时代，随着各种社会活动和经济行为中的信息载量不断增加，各种用于扩大信息传播容量的通信技术在不断研究推广中，同时提高了信息载体之间的交换和传播速率。光纤通信技术作为当今世界凝聚科技研发力量的前沿技术，在信息化发展中占据重要位置，保障了通信领域中各种业务的快速高效开展。
1 光纤通信系统的相关概念
光纤通信技术也称之为光导纤维通信。其技术原理是利用光导纤维作为信号传输媒介，利用光波作为信息信号的载波，实现信息在不同区域的传递。光导纤维是由高纯度的玻璃经过拉丝工艺制造而成。在实际工程运用中，进行通信的媒介并不是简单的一根光导纤维，而是使用由多根光纤集聚形成的光缆传输通信信号。光纤通信系统正是以光纤通信为基础，实现光电转化，用光来传输信息的通信系统。
光纤通信系统的首要特征就是能够在单位时间内传输更大容量的信息。据理论研究和实际工程测试，一对单模光纤可以确保约36000部电话在同一时间开通，而且可以预见未来随着更先进技术的引入开发，光纤通信的信息储量还将继续扩大。光纤通信系统具有很多技术优点，首先光导纤维的制造材质决定了其体积小、重量轻、金属组成部件少，同时具有传输频率带宽高、抗干扰能力强、传输保密性能优，收发信号的衰减消耗小的特点，在成本费用上，光纤通信在一定范围内使用用户越多，投入的建设费用就越趋于减少。伴随着国际通信产业的不断壮大和互谅网技术的飞速发展，世界社会活动和经济生产必然实现更全面的信息化，而光纤通信的技术腾飞必然为时代信息化提供强大推动力。
2 光纤通信系统的保密技术发展现状
光纤通信系统的通信过程实际是一个光电信号相互转变的过程。光纤通信系统的主要构成部分是光端机、中继机构和传输光缆。光纤通信系统开发保密技术的出发点，正是基于光纤通信系统自身的特性。由于光波传播的波长极短、相对拥有极高的工作频率，这样的特性使得光纤通信的传输频帶要求很高，只有在高带宽的通道下采用数字通信，才能使得光纤通信信号快速传递。采用数字通信方式的结果，首先保障了数字信号具有一定的防窃听能力，而且还能持续施加数字加密技术。同时，使用光缆传输通信信息时，电磁效应的影响作用几乎可以忽略不计，信号也不会再电磁场的干扰下失真、丢包或者泄露，因此具有良好的保密性。光纤通信的保密性使得其在国防军事、全球商业贸易等涉及隐私的保密领域通信方面成为最可靠的保密抗干扰通信手段。
3 光纤通信系统的主要保密技术
一般性的保密系统具有相似的构造模型。即首先在系统的发送端加密要发出的消息，通过一定的变换原则，将存在的所有明文序列变为不易查询和更改的密文序列。等信息传送到接收端时，消息将会通过不同的变换原则，将密文解密还原成明文，从而获得信息。在通信过程中消息的窃取行为是指在传输信道中将截获的密文序列通过不同的测试原则进行解密。因此，只有尽量确保整个传输信道的保密性，或者提高明文与密文变换所使用的指令编码原则，才能确保通信系统中的信息不被窃取。
3.1 以混沌掩盖为代表的混沌保密通信技术
混沌保密通信是以混沌动力系统的物理、数学和信息电子工程中运用理论作为依托开展的新型研究。混沌保密通信系统的三部分分别为发送端、接收端和信道。发送端确定发出的有用信息与系统中的混沌信号进行混合调制，在一定的加密作用下形成混沌信号，具有了混沌特性，这时的混沌信号经过信道后到达接收端，再通过一定的解密作用使得有用信息与混沌信息实现分离，获得可用信息。
混沌掩盖作为混沌保密通信系统中的早期技术，实现保密的效果比较明显。混沌信号在混沌掩盖时，一边加强信源的加密操作，一边通过具有特性的载波形式携带信号进行传输。混沌信号本身功率极小，在较高带宽中频谱密度显得相当集中小型化，这样的特质使得混沌载波上的有用信息容易被侵犯窃听。而混沌掩盖的作用就是能够是混沌载波上的有用信号传输时，能够激励产生自适应神经元组织来辅助通信系统收发两端的同步，通信系统的保密性和安全性从而大大提高。通过研究可以发现，越是复杂程度高的混沌动力系统越能提高混沌保密通信系统的安全性能。
3.2 基于光纤光栅的光纤码分多址保密技术
光纤码分多址技术是融合通信领域的码分多址（CDMA）技术与光纤通信技术的实用技术。因为融合了两种不同通信方式的特点，因此具有独特的技术优势。光纤码分多址通信系统框架中，处于系统发送端的每个用户个体对应不同的地址码，一旦在发送端出现信息数据，通信系统就发出超短光波脉冲，能够在信道中产生一系列光脉冲序列并往接收端传送，系统内部设立的耦合装置根据不同网络协议将光网上的光脉冲序列耦合并广播给每个用户，便于用户在接收端解码取信，从而筛选有用信息获取资讯。
光纤码分多址技术拥有独特的系统优势，能够自动实现某段带宽资源的动态分配。光纤码分多址可以直接交换和复用所传输的数据信号，因此系统具有极高传输速率。由于发送端的用户一人对一址，具有不同的码地址且码地址唯一，所以很容易针对地址实现点对点的通信，节点彼此间相对独立，某一节点问题出现不会影响其他节点。同时由于接收端的用户也是一人对一址，具有不同的码地址且码地址唯一，那么接收端和发送端的用户地址码之间必然建立匹配性，确保解密过程的正确进行。因此，光纤码分多址系统的可靠性和保密性实现的关键在于用户的地址码难于破解。
3.3 量子保密通信技术
量子保密通信技术积极运用物理学中的量子属性概念，即理想状态下单个体光子的状态是无法测定的。量子保密系统中，需要在发送端发出的信息，首先通过加密技术形成密文，将密文加载到不确定轨迹的单个光子上。单体光子在信道中快速移动，携带者密文信息直接传输到接收端。接收端根据已知的解密体系，将单光子上的密文获得并解密从而得到信息。在传输过程中，一旦需要窃听，就需要截获加载信息的单体光子。由于单体光子已经无法被分解，一旦在传输中被截获光子，信息也随之丢失，而此时单光子就不会出现在接收端，证明所传信息已经泄密。当然，在截获单光子后，窃听方并不能复制到光子携带的密文信息，这是因为密文信息同母体单光子一样具有了不确定性状态，所以即使已经获得一定的信息也不会有可用的信息被筛选读取。若窃听方想破坏收发光子的通信系统，从光子上新确立的密钥将直接重发给接收端，从而使发送和接收端都能及时发现窃听风险。一旦系统通过重新发送的解密体系未获取信息，则系统会判定信息被迫害，进而采取相应措施应对。由上可见，在量子保密通信系统中，系统能在较短时间内识别窃听方的窃听行为并有效终止，实现通信双方通信的高保密性。
4 结语
上文阐述的三种光纤通信系统保密技术都基于共性原理确保保密性，都不是简单的数据行加密从而能够某种算法解密，都利用了特殊的调制技术对信息进行加密处理。当然，这些保密技术仍然有自己的局限性，可以提升的空间仍然存在。保密方面的良好性能使得光纤通信系统的优越性进一步提高，通过不断研究，光纤通信系统的保密技术必然能得到更多优化和发展。
参考文献
[1] 陈晓蕾.混沌激光保密光纤通信实验研究[D].大连理工大学.2014.
[2] 秦晓娟，张辉，王金东.保密通信与量子密码术[J].科技创新导报.2009.
[3] 赵梓森.浅谈光纤通信[M].北京：清华大学出版社.2006.