Page 40 - 网络电信2021年10月刊下
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(Optical Orthogonal Code，OOC)作为特定用户的地址码，用以                 29( 2) : 783－796．
            对水下CDMA网络中的用户数据进行编码和解码。文献提出了一                        ［2］ LANZAGORTA M．Underwater Communications［J］．
            种可用于UWOC系统的多载波码分多址(Multi-carrier  CDMA，MC-                 Synthesis Lectures on Communications， 2012，5
            CDMA)技术。尽管OCDMA不能提供像混沌保密通信或量子通信一样                         (2):1－129．
            强的机密性，但它可以作为额外的保护层增强UWOC系统安全性。                       ［3］ AKYILDIZ I F，POMPILI D，MELODIA T． Challengesfor
                物理层的身份认证和密钥分发技术可尝试应用在慢衰落信道                             Efficient Communication in Underwater Acoustic
            条件下，但在极端动态的水域环境中，信道估计或捕获准确的信                               Sensor Networks［J］．ACM Sigbed Review， 2004，
            道状态信息难度极大，因此对其应用时必须考虑水体环境。                                 1( 2) : 3－8．
                在UWOC系统的公共通道中，完全不必对所有的信号进行保                      ［4］ KONG M，WANG J，CHEN Y，et al．Security
            密传输，而真正需要安全传输的秘密信号只占一小部分，因此                                Weaknesses of Underwater Wireless Optical
            可以考虑将机密信息隐藏在常规数据中进行传输。UWOC一般不                              Communication［J］．Optics Express， 2017，
            具备光纤与FSO千米以上的传输能力，其大部分应用还在百米                               25(18) : 21509－21518．422 Radio Communications
            范围内，因此水中不同波长光信号的色散效应不明显，所以基                                Technology Vol. 47 No. 4 2021
            于色散的隐写技术并不适用于UWOC可以考虑基于噪声的隐写技                        ［5］ HUANG Y F，TSAI C T，CHI Y C， et al．Filtered
            术，虽然不能像光纤通                                                 Multicarrier OFDM Encoding on Blue Laser Diode
                信中使用EDFA生成ASE噪声作为载波传输机密信息，但可以                          for 14．8－Gbps Seawater Transmission［J］．
            人为设计并添加噪声。此外，基于光电器件的混沌保密通信也                                Journal of Lightwave Technology，2017， 36(9) :
            是利用伪随机、类噪声的混沌信号作为载波进行安全传输的，                                1739－1745．
            这两种方式都有一个共同的特性，即将秘密信息隐藏在载波                           ［6］ LU H H，LI C Y，LIN H H， et al．An 8 m/9．6 Gbps
            中。但同时也存在缺点，对设备的性能要求极严格，特别是时                                Underwater Wireless Optical Communication System
            间同步设备。目前应用于UWOC的设备中还不存在可以产生混沌                             ［J］．IEEE Photonics Journal， 2016，8(5) : 1－7．
            载波的激光器。                                              ［7］ CHEN Y，KONG M，ALI T，et al． 26 m/5． 5 Gbps
                而基于数字混沌的保密通信目前已经通过实验证明了其可                              Air-Water Optical Wireless Communication Based
            应用于UWOC系统中实现信息的安全传递。文献［1］提出了一个                             on an OFDM-modulated 520-nm Laser Diode ［J］．
            两级混沌加密UWOC系统的方案，数据速率为Gbit/s级别。此外，                          Optics Express， 2017， 25(13) : 14760－14765．
            为了实现未来的空－地－海量子通信一体化，研究人员也开始                          ［8］ HONG X，FEI C，ZHANG G，et al． Discrete
            了水下量子通信的研究，包括水下QKD的信道研究、水下QKD可行                            Multitone Transmission for Underwater Optical
            性验证以及实验验证等。虽然数据速率较低(＜1kbit/s)，但其                           Wireless Communication System Using Probabilistic
            可以为传统的加密方式(如水下混沌加密)传递密钥，实现更高级                              Constellation Shaping to Approach Channel
            别的信息安全。                                                    Capacity Limit［J］．Optics Letters，2019， 44(
                                                                       3):558－561．
                四、结束语                                            ［9］ CHEN X，LYU W，ZHANG Z，et al． 56 －m/3． 31 －
                水下无线光通信是水下通信网络的重要组成部分，吸引了                              Gbps Underwater Wireless Optical Communication
            大量研究学者对其展开研究，使得UWOC在速率和距离方面发展                              Employing Nyquist Single Carrier Frequency
            迅速，但关于其安全问题的研究较少。由于光源具有单一指向                                Domain Equalization with Noise Prediction［J］．
            性和弱渗透性，一般被默认是安全的。但在实际应用中，UWOC                              Optics Express，2020，28( 16) :23784－23795．
            系统的光斑扩散和散射光都会增加信息泄露的风险，此外系统                          ［10］ WANG J，LU C，LI S， et al．100 m/500 Mbps
            的开放性也会带来非法发送端的恶意攻击。目前，并没有全面                                 Underwater Optical Wireless Communication Using
            有效增强UWOC物理层安全性的方法。基于此，可借鉴光纤、FSO                             an NRZ-OOK Modulated 520 nm Laser Diode［J］．
            和VLC的物理层安全技术，如PHY身份认证、OCDMA、光隐写、混                           Optics Express， 2019，27(9) : 12171－12181．
            沌保密、量子密钥分发、PHY密钥生成及分发等。根据UWOC系统                      ［11］ ZHANG L，WANG Z，WEI Z，et al． Towards a 20
            特点，分析了上述方法在水下环境中的实际应用问题。由于水                                 Gbps Multi-User Bubble Turbulent NOMA UOWC
            下信道环境的复杂性，仍需要大量的研究以推进UWOC安全性的                               System with Green and Blue Polarization
            进一步提高。                                                      Multiplexing ［J］． Optics Express， 2020，
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            参考文献                                                 ［12］ SHABOY D，ROCKBAN D，HANDELMAN A． Tapping
            ［1］ DU J，WANG Y，FEI C，et al．Experimental                    Underwater Wireless Optical Communication in
                  Demonstration of 50－m/5－Gbps Underwater Optical          Pure Water and Natural Dead-Sea Ultra-high-
                  Wireless Communication with Low-complexity            salinity Water by Diffraction Grating［J］．
                  Chaotic Encryption［J］．Optics Express，2021，            Optics Express，2018，26 (23) : 29700－29711．

                                                       网络电信 二零二一年十月                                            63
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