1.一种基于光网络物理层安全的密钥同步装置,包括发射机和接收机,发射机安装于发送光端机的数据输出端,接收机安装于接收光端机的数据接收端;其特征在于:所述发射机包括第一FPGA,第一数模转换器和电光调制器,发送光端机的数据输出端与第一FPGA的数据输入端连接;第一FPGA内含第一密钥池,第一FPGA发出的密钥和数据经第一数模转换器接入电光调制器,光源发出的激光送入电光调制器,与第一数模转换器输出的密钥和数据进行电光调制,得到加载了密钥和数据的光信号,电光调制器将光信号直接耦合到光纤链路上进行传输;所述接收机包括依次连接的光放大器、光延迟线、光电探测器、电压比较器和第二FPGA;第二FGPA内含第二密钥池,第二FPGA含解密密钥的高速并行数据经第二数模转换器接入电压比较器、作为与解密密钥对应的判决电压,电压比较器的输出端连接第二FPGA,第二FPGA的输出端连接接收光端机的数据接收端;所述第一FPGA的第一密钥池和第二FPGA的第二密钥池相同;所述光延迟线为可调的光延迟线;发送机经两条光纤链路与接收机连接,其中一条为双向加密信道,另一条为双向握手信道。
2.根据权利要求1所述的基于光网络物理层安全的密钥同步装置,其特征在于:所述光放大器的放大倍数根据光纤链路上的损耗进行调整,光放大器的增益为0~26dB。
3.根据权利要求1所述的基于光网络物理层安全的密钥同步装置,其特征在于:所述光延迟线的调节步进为30~50ps,调节范围为0~1μs。
4.根据权利要求1所述的基于光网络物理层安全的密钥同步装置,其特征在于:所述光电探测器含跨阻放大器,将光电流信号放大并转换成电压信号输出。
5.根据权利要求1所述的基于光网络物理层安全的密钥同步装置,其特征在于:所述第一FPGA的第一密钥池和第二FPGA的第二密钥池均有密钥流K,其长度至少为1Mb。
6.根据权利要求1所述的基于光网络物理层安全的密钥同步装置,其特征在于:所述电光调制器是基于铌酸锂的马赫-曾得尔波导的光学调制器,调制速度至少达28GHz。
7.使用权利要求1至6中任一项所述的基于光网络物理层安全的密钥同步装置的一种基于光网络物理层安全的密钥同步方法,其特征在于主要步骤如下:S01:发送未加密信号系统启动,发射机的第一FPGA产生未加密信号A;第一数模转换器接收第一FPGA的高速并行数据,产生二进制数据流,电光调制器将第一数模转换器输出的二进制数据流调制到光源发出的激光上;电光调制器所得光信号直接耦合到加密信道的光纤链路传输到对端的接收机;以下发射机通过加密信道发送的信号均为第一FPGA发送的信号经第一数模转换器、电光调制器转换后直接耦合到光纤链路传输;本步骤发射机的未加密信号A重复发送,直至接收到接收机发回的时钟锁定完成信号L;S02:参考时钟接收机接收发射机发送的未加密信号A,该信号依次进入接收机的光放大器、光延迟线、光电探测器后,透传电压比较器进入第二FPGA;以下各步骤中接收机接收的信号均为接收机接收发射机经光纤链路传输过来的信号、依次经光放大器、光延迟线、光电探测器进入第二FPGA处理的信号;本步骤第二FPGA由接收的未加密信号A中恢复出加密信道的发射机时钟作为本芯片的参考时钟;时钟锁定后通过握手信道向发射机回复一个时钟锁定完成信号L;S03:同步请求发射机通过握手信道,发起同步请求,即发送同步请求信号Q;S04:确认信号接收机接收到同步请求信号Q,并确认本端已将加密信道的发射机时钟作为参考时钟,通过握手信道向发射机发送同步请求确认信号ACK;S05:发送同步信号发射机接收到接收机的确认信号ACK后,通过加密信道发送一个未加密的同步信号S,并进入等待状态;S06:接收同步信号接收机接收到同步信号S后进入等待状态;S07:发送加密数据流D发送机在等待N个时钟周期后,在第N+1个时钟周期开始从第一FPGA密钥池的密钥流K的首个密钥开始,依次取用密钥对数据流D进行加密,之后经加密信道发送,重复发送,至得到接收机发送的密钥同步完成信号C才停止发送;所述N为5000~20000,由发送方和接收方双方事前约定N的具体值;所述数据流D为发送方和接收方事前约定的已知数据流;S08:接收机解密接收机在等待N个时钟周期后,在第N+1个时钟周期开始接收发送机发送的数据流D;第二FPGA从第二密钥池的密钥流K中的首个密钥开始、依次取用密钥进行解密,密钥粗同步完成;所述第二数模转换器接收第二FPGA包含解密密钥的高速并行数据,输出与解密数据对应的判决电压,送入电压比较器,所述电压比较器对光电探测器输入的电压与第二数模转换器输入的判决电压进行比较,对接收的数据流进行解密;输出解密后数据流的二进制电平信号,送入第二FPGA;S09:误码率第二FPGA将接收后解密的数据流与已知数据流D对比,得出误码率;将光纤延迟线调整一个步进,每次调整的步进量相同,每次调整后重新接收数据流D并计算得到另一个误码率,最终得到以延迟值为横坐标的误码率曲线;S10:密钥同步在误码率曲线上选择误码率最低的光纤延迟线的延迟值作为其设置值,此时发送机的加密密钥与接收机的解密密钥同步,接收机通过握手信道向发射机发送密钥同步完成信号C;S11:传送加密数据发送机在接收到同步完成信号C后,第一FPGA依次取用第一密钥池中的密钥流K的密钥和其从发送光端机得到的数据一起送入第一数模转换器,得到加密数据,电光调制器转换后直接耦合到加密信道的光纤链路传送到接收端,接收端接收。
8.根据权利要求7所述的基于光网络物理层安全的密钥同步方法,其特征在于:所述步骤S07中所述数据流D的数据量在0.5kb和1.5kb之间。
9.根据权利要求7所述的基于光网络物理层安全的密钥同步方法,其特征在于:所述步骤S09中解密的数据流与已知数据流D对比的数据量为1Gb±1%,为1±0.05秒钟接收的数据。
10.根据权利要求7所述的基于光网络物理层安全的密钥同步方法,其特征在于:所述各相关步骤中由发送方和接收方事前约定的未加密信号A、时钟锁定完成信号L、同步请求信号Q、同步请求确认信号ACK、同步信号S和密钥同步完成信号C均为互不相同的6~9位的二进制数据流。