secure chaos communication based on semiconductor lasers subject to phase modulated feedback

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目SecureChaosCommunicationBasedonSemiconductorLasersSubjecttoPhaseModulatedFeedback学科专业InformationandCommunicationEngineering学号201624010118作者姓名TahirMuhammadJunaid指导教师NingJiang分类

2、号密级注1UDC学位论文SecureChaosCommunicationBasedonSemiconductorLasersSubjecttoPhaseModulatedFeedback（题名和副题名）TahirMuhammadJunaid（作者姓名）指导教师NingJiang电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业InformationandCommunicationEngineering提交论文日期2018.05.20论文答辩日期2018.05.31学位授予单位和日期电子

3、科技大学2018年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。SecureChaosCommunicationBasedonSemiconductorLasersSubjecttoPhaseModulatedFeedbackAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:InformationandCommunicationEngineeringAuthor

4、:TahirMuhammadJunaidSupervisor:NingJiangSchool:SchoolofInformationandCommunicationEngineering摘要摘要基于光反馈半导体激光器的混沌信号产生器具有结构简单、成本低、灵活可控等优点，在混沌保密通信、快速随机数产生、遥感、安全密钥分配等领域有重要的应用前景，因此在近年来得到了广泛关注和研究。由于混沌信号对信号具有隐藏特性，采用外腔半导体激光器作为混沌载波源，进行物理层混沌保密通信一直备受学术界的关注。目前直接基于混

5、沌载波的加密方案还存在一些不足，比如：混沌信号带宽不足，限制了系统的通信容量；外腔半导体激光器产生的混沌信号具有明显的反馈时延标签（TDS），这容易被窃密者利用来重构非法混沌系统对信息进行窃取，这对信息安全具有较大威胁。本文围绕增强混沌通信系统安全性和混沌载波带宽增强展开研究，重点集中于通过改变反馈相位，扰乱反馈项的周期性，实现对混沌载波的时延标签抑制和带宽增强，并利用相位信息作为密钥进行信息的保密传输。论文提出了利用多元随机数字信号对外腔半导体激光器反馈相位进行调制的混沌信号时延标签抑制方案。详细

6、研究了单反馈和双反馈两种情形下，外腔半导体激光器的动态特性、有效带宽、以及时延标签的变化情况，并与传统外腔半导体激光器进行对比；在此基础上，实现了基于多元数字相位加密的混沌保密通信，并对通信性能及安全性进行了分析。研究结果表明，在单反馈和双反馈相位调制两种情形下，混沌信号有效带宽能一定程度地增强，通过适当设置调制信号的频率，时延标签可以完全被抑制，提高了混沌载波安全性和复杂度；其次，利用多元数字相位信息作为密钥，可以实现高速保密通信，本文实现了传输速率高达9Gbit/s（BER@10-6）的保密混沌

7、传输；第三方在缺乏反馈相位信息（密钥）的情形下，几乎不可能恢复处有效信息，提高了系统的信息安全性。提出了基于模拟和数字混合级联反馈相位加密半导体激光器的保密通信方案。研究了多元数字和模拟正弦级联调制反馈相位情形下，外腔半导体激光器的动态特性、有效带宽以及时延标签特性，结果表明，混混载波的带宽可以增强几倍，同时时延标签可以得到完全抑制。在此基础上，实现了20Gbit/s(BER@10-6）的高性能高速信息传输；第三方在未知完整的模拟和数字相位信息条件下，很难获取正确信息，提高了系统安全性。关键词：混沌

8、，混沌保密通信，半导体激光器，相位加密，延时标签抑制、带宽增强IABSTRACTABSTRACTChaosgenerationusingsemiconductorlasersubjecttoopticalfeedbackhasmanyadvantagessuchassimpleconfiguration,lowcost,andfeasiblecontrollability.Inrecentyearsthesechaoticsourceshavebeenextensiv