OFDM-PON多层安全加密方法研究.pdf
摘要
OFDM-PON由于具有资源分配灵活、频谱效率高、抗光纤色散能力强等优点,
被认为是突破“最后一公里”瓶颈的最佳方案。但随着用户数量地不断增长,OLT
和ONU之间存在大量、频繁的业务交互,OFDM-PON中的下行广播通信数据容
易受到非法ONU的恶意窃听和攻击。而混沌由于带宽大、随机性高、对初始值敏
感等特点,成为一种保障物理层数据安全传输的有效方法。本文以OFDM-PON为
研究对象,提出了基于混沌的物理层多层安全加密方法,并结合密钥管理技术,研
究了动态密钥协商机制。本论文的主要工作及贡献如下:
(1)提出了一种基于DNA重构混沌序列的多层加密方法。该方法采用DNA
编码对混沌序列进行分块、编码、变换,由于选择的DNA编码规则和分割的混沌
序列块数是随机的,与直接使用混沌序列加密相比,DNA重构混沌序列可以提高
加密序列的随机性和安全性。对传输信号进行两层加密:第一层是混合混沌排列扩
散,每个符号都要进行单次无重复置乱,并结合与明文相关的扩散,使扩散不仅依
赖于加密序列,而且与排列顺序有关;第二层是动态约瑟夫斯置乱,该步骤将符号
矩阵划分为单元进行加密,提高了置乱效率。研究结果表明该方法在不降低系统性
能的前提下,能够有效抵御各种攻击。
(2)提出了一种混沌RNA-DNA加密和动态密钥协商方法。该方法采用一种
基于mRNA码本的动态密钥协商方法实现密钥分发,收发双方提前商定好密钥生
成规则,通过预共享与明文相关的密钥参数集来取代直接在信道上传输密钥,增强
了密钥的安全性和随机性,且根据用户的需求可以实现实时、动态地密钥更新。传
输数据在QAM调制后,进行tRNA-氨基酸编码加密和DNA碱基互补选择映射加
密。该方法利用了tRNA与氨基酸对应关系的多样性,拓展了DNA碱基互补规则
的选择映射关系,使得数据变化更具随机性。并且选择的编码规则是明文相关的,
每个碱基的解码规则是随机、相异的,则可以更有效地提高抵抗攻击的能力,实现
更高的安全保障。此外,还增加了立方置乱来确保物理层全数据加密。研究结果表
明该加密方法由于在编码过程中改变了星座点之间的相位关系,在提高安全性能
的同时也改善了通信性能。
关键词:OFDM-PON,混沌多层加密,DNA编码,动态密钥协商
ABSTRACT
OFDM-PONisregardedasthebestsolutiontobreakthe“last1-km”bottleneckdue
toitsadvantagesofflexibleresourceallocation,highspectralefficiency,andstrong
robustnesstofiberdispersion.However,withthecontinuousgrowthofusers,therearea
largenumberoffrequentserviceinteractionsbetweentheOLTandtheONU.The
downlinkbroadcastcommunicationdatainOFDM-PONisvulnerabletomalicious
eavesdroppingandattackbyillegalONUs.Chaoshasbecomeaneffectivemethodto
ensurethesecuretransmissionofphysicallayerdataduetoitslargebandwidth,high
randomness,andsensitivitytoinitialvalues.TakingOFDM-PONastheresearchobject,
thethesisproposesaphysicallayermulti-layersecureencryptionmethodbasedonchaos.
Combinedwiththekeymanagement,adynamickeyagreementmechanismisresearche