量子噪声随机加密(QNRC) 是一种基于海森堡不确定性原理的物理层加密技术, 其能够适用于高速率、大容量以及长距离的光纤通信网络。针对 QNRC 系统中多进制 Y-00 密文信号的调制及解调受限于高采样速率、高转换深度的 ADC 芯片的问题, 提出了一种利用多个串联相位调制器(PM) 进行 Y-00 密文信号的调制及解调的实现方法, 并利用 VPItransmission Maker Optical Systems 仿真软件对该实现方案进行了仿真验证及性能分析。仿真结果表明: 基于多个 PM 串联的方式, 实现了密文态数目为 126、数据速率为 10 Gbit/s 以及 1000 km 光纤放大链路传输的相移键控-量子噪声随机加密(PSK-QNRC) 系统; 降低密文量子态的介观功率有利于提高 QNRC 系统的安全性水平, 但同时会损害系统的传输性能, 因此选择合适的介观功率对于优化系统的安全性和可靠性具有重要意义。

在多用户光码分多址 (OCDMA) 传输系统中, 多用户干扰 (MAI) 严重影响系统传输性能。针对系统中多用户干扰来源于各用户码字不完全正交的特点, 采用码字的自、互相关函数表达接收信号与系统损伤, 引入将多用户干扰看作可重构的 “有效信息” 的新思路, 提出了一种基于数字信号处理技术的串行反馈干扰抑制算法。搭建了 2 用户同步接入频谱幅度编码光码分多址 (SAC-OCDMA) 传输系统仿真平台, 验证了该算法抑制多用户干扰的有效性。仿真结果表明: 相较于光阈值器件, 采用串行反馈干扰抑制算法抑制多用户干扰的效果更好, 系统传输性能的改善更大, 引入的功率代价仅为 2.3 dB。

为解决高速、高分辨率数模转换器(DAC)给量子噪声随机加密(QNRC)研究带来的限制问题,提出一种采用并联强度调制、光域解密、直接检测的方案,利用VPI系统对此进行验证与分析讨论,并实现了介观态功率为-20 dBm、传输距离为500 km、传输速率为10 Gbit/s、密文态数目为2 ¹⁰-1的ISK-QNRC系统。研究结果表明,通过调制器并联的方式,可以有效增大QNRC密文态数目。该方案的误码性能对于接收功率以及密文信号与解密信号的功率差比较敏感,在固定接收功率的情况下,做好密文信号与解密信号的功率匹配对于降低误码率十分重要。

为了增强光纤通信系统的物理层安全性,提出了一种基于光编/解码技术的新型抗截获通信系统。由于传统地址码的码字容量都相对较小,合法用户使用的地址码容易受到窃听者的强力搜索攻击。一旦用户地址码被获得,光纤信道中传输的所有用户信息将可被窃听者窃取。为了解决这个问题,构造了一种大容量的二维跳频/扩时地址码,并描述了可重构编/解码器的实现方法;设计了一种新型的抗截获通信系统方案,建立了窃听信道模型;最后,利用VPI transmission Maker Optical Systems仿真软件,验证了抗截获通信系统的传输性能和安全性能。仿真结果表明,基于光码分多址的编/解码技术,可以实现一种高速率、长距离的抗截获通信系统。

密钥扩展是量子噪声随机流密码(QNRC)高效利用量子密钥分发(QKD)密钥的手段,通常使用 经典加密方法来进行密钥扩展。高级加密标准(AES)和Hash算法因其破译难度大,在QNRC实验中常用作密钥扩展。根据分组加密的工作模式, 合理设计了计数器(CTR)模式和密码分组链接(CBC)模式下的Hash扩展方案。并且对不同扩展方案下产生的运行密钥流进行了NIST随机性检测,测 试结果表明CTR和CBC模式下的AES和Hash扩展都能通过随机性检测。尤其是CTR模式下的Hash扩展,输入长度可以灵活控制,能较好地适应现代 高速光网络的不同需求。

从信息论安全的角度出发,用保密容量定量分析了相干扩时光码分多址(OCDMA)系统的物理层安全性,得出了系统保密容量 随不同系统参数的变化关系。建立了OCDMA系统的窃听信道模型,并计算得到了系统的保密容量; 以Gold码为例评估了关键系统参数（用户数M、输入光功率P和码长N） 对相干扩时OCDMA系统物理层安全性的影响。结果表明相干扩时OCDMA系统具有很好的抵御光纤窃听攻击的物理层安全性；关键系统参数对提高此系统的物理层安全性 有重要影响。选择合适的系统参数值可提高相干扩时OCDMA系统的安全水平。