基于soa-mzi全光异或门的流密码技术研究

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1、基于SOA-MZI全光异或门的流密码技术研究摘要：提出基于全光信号处理的流密码加解密技术，利用OptiSystem软件搭建了基于SOA-MZI全光异或门的流密码加解密系统仿真模型，实现了对10Gbit/sRZ码数据光信号的全光加解密运算，得知注入全光加解密系统的信号光功率和SOA-MZI异或门中的SOA偏置电流是影响系统运算性能的两个关键因素。最后通过对系统眼图进行比较分析表明：原始明文信号经过加解密处理后仍保持了较好的信号质量，整个加解密系统性能良好，加解密运算效率较高。关键词：通信保密系统；全光加解密；异或门；半导体光放大器；马赫-曾德尔

2、干涉仪TheresearchofstreamciphertechnologybasedonSOA-MZIall-opticalXORgatesAbstract:Thestreamcipherencryptionanddecryptiontechnologybasedonall-opticalsignalprocessingisproposedinthispaper,thesimulationmodelofstreamcipherencryptionanddecryptionsystembasedonSOA-MZIall-opticalXORl

3、ogicgatesisbuiltbyusingOptiSystemsoftware,all-opticalRZformatdatasignalencryptionanddecryptionoperationisdemonstratedat10Gbit/s,thesignalopticalpowerinjectedintoall-opticalencryptionanddecryptionsystemandtheSOAinjectioncurrentinSOA-MZIXORgatearetwokeyfactorsthataffectoperat

4、ionperformanceofthesystem.Finally,itshowsthattheoriginalplaintextsignalafterencryptionanddecryptionprocessingstillmaintainsbettersignalquality,andtheperformanceoftheentiresystemisbetter,andtheoperationefficiencyishigher.Keywords:communicationsecuritysystem;all-opticalencryp

5、tionanddecryption;XORgates;SOA;MZI0引言快速增长的通信业务量对带宽和容量都提出了越来越高的要求，大容量高速率的全光通信网络将是未来通信网的发展趋势。然而，现有的光纤通信网在通信保密系统中仍采用基于电信号处理的流密码加解密技术，由于受到“电子瓶颈”的限制，其加解密速率较慢，难以适应超高速和超大容量的业务需求，也无法完全兼容下一代全光通信网络。另外，现有的光纤通信网在光域内对数据光信号没有采取任何的安全处理，光纤信道只负责信号传送，将比特光码从一个节点传送到下一个节点进行透明传输。随着光纤窃听技术的迅速发展，直接

6、窃取光纤传输数据、光网络管理系统信息被修改、光网络节点设备被攻击的可能性已经成为现实，光网络随时面临安全威胁。因此，对基于全光信号处理的流密码加解密技术的需求迫在眉睫。已经报道了基于半导体光放大器（SOA，SemiconductorOpticalamplifier）的交叉增益调制效应而实现的全光加解密方案[1]，但由于交叉增益调制效应所引起的啁啾特性，使得该方案难以获得高消光比的加解密运算结果；另外还有利用SOA四波混频效应而实现的全光加解密[2]，但其具有对偏振过于敏感的缺点，且转换效率不是很好。本文采用全光信号处理的方法，提出基于SOA-

7、MZI全光异或门的流密码加解密技术，并给出全光加解密的整体方案，该方案误码性能较好，转换效率和输出消光比较高，所需的控制信号光功率较低。通过OptiSystem软件搭建系统仿真模型，合理设置链路参数，实现了对10Gbit/sRZ码数据光信号的全光加解密运算，表明本文所采用的全光加解密方案是一种完全可行的技术方案。最后通过对系统眼图进行比较分析进一步证明，整个加解密系统性能良好，加解密运算效率较高。1理论分析1.1SOA中的交叉相位调制效应交叉相位调制效应来自于SOA中的载流子饱和现象。一定功率的控制信号光注入SOA引起其内部载流子密度改变，从

8、而导致SOA有源区有效折射率改变，使得注入SOA的连续探测光的相位受到调制，这就是SOA的交叉相位调制效应。当SOA的载流子密度N变化时，将引起复折射率变化，其实部