光網(wǎng)絡(luò)安全及防范技術(shù)探析

摘 要：光網(wǎng)絡(luò)主要是指用戶與用戶之間傳輸信號(hào)的過(guò)程全部以光信號(hào)的形式存在著，其具有高傳輸速度與強(qiáng)勁的處理能力，并且必將逐漸取代目前廣泛使用的光電網(wǎng)絡(luò)，成為通信網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)。光網(wǎng)絡(luò)承載著大量的信息傳遞任務(wù)，因此其安全性與保密性極其重要。在光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的平臺(tái)上，其能夠給用戶提供安全、放心、保密的信息傳遞保證成為了光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章主要對(duì)光網(wǎng)絡(luò)安全與相應(yīng)的防范技術(shù)進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：光網(wǎng)絡(luò)；安全防范；技術(shù)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.08

目前電子交換與信息處理技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)接近電子技術(shù)的在極限，相應(yīng)速度、漂移等各種弊端大大限制了交數(shù)據(jù)的速率。為了進(jìn)一步改善電子技術(shù)速率被限制的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專(zhuān)家開(kāi)始對(duì)光技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐研究。將光技術(shù)應(yīng)用至交換系統(tǒng)當(dāng)中能夠充分凸顯光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性。但是由于當(dāng)前光邏輯器件尚未成熟，同時(shí)海量的數(shù)據(jù)傳輸率給網(wǎng)絡(luò)故障帶來(lái)了巨大的壓力，因此對(duì)光網(wǎng)絡(luò)安全與方法技術(shù)進(jìn)行研究是很有必要的。

1 光網(wǎng)絡(luò)概述

1.1 光網(wǎng)絡(luò)概念

光網(wǎng)絡(luò)主要是指用戶在傳輸信號(hào)過(guò)程中使用的技術(shù)為光波技術(shù)，從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程中是應(yīng)用光交叉連接設(shè)備的。光傳輸系統(tǒng)的容量與光節(jié)點(diǎn)處理能力十分卓越，光節(jié)點(diǎn)無(wú)需通過(guò)電子處理，因此信息容量巨大，從而可以有效的提高輸送效率，并且可容納多種類(lèi)型的信號(hào)直接與光網(wǎng)絡(luò)連接。但是當(dāng)前光邏輯器件還存在一定弊端，因此光網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍十分有限。為了使光網(wǎng)絡(luò)能覆蓋更廣大的地域，需要充分利用光電轉(zhuǎn)換來(lái)避免光信號(hào)在傳輸中的損傷，開(kāi)展光網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)高效控制與管理[1]。

1.2 光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)

用戶在傳輸信息過(guò)程全部以光信號(hào)的形式實(shí)現(xiàn)，因此其優(yōu)勢(shì)也十分顯著，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）帶寬巨大。光網(wǎng)絡(luò)在光域?qū)崿F(xiàn)信號(hào)交換，能夠充分利用光線的帶寬資源，實(shí)現(xiàn)海量傳輸，并且能夠保證傳輸質(zhì)量。超長(zhǎng)距離，超大信息容量能夠滿足未來(lái)信息傳輸?shù)男枨?；?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。光網(wǎng)絡(luò)使用的是頭面光通路連接，其中不存在光電轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)設(shè)備。在光網(wǎng)絡(luò)中大多數(shù)器件都為無(wú)源器件，后期維護(hù)工作簡(jiǎn)單；（3）高處理速度。光網(wǎng)絡(luò)不需要進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，避免了節(jié)點(diǎn)處理工作的難點(diǎn)；（4）誤碼率低。由于不需要進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，才因此其信號(hào)的誤差率也大大降低；（5）兼容性強(qiáng)。光網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)與當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)與未來(lái)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相連接，兼容性極好，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的更新；（6）可重構(gòu)性。根據(jù)通信容量的需求調(diào)節(jié)改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，十分靈活實(shí)用[2]。

2 光網(wǎng)絡(luò)的安全隱患

2.1 帶內(nèi)干擾

帶內(nèi)干擾屬于服務(wù)破壞類(lèi)型，攻擊者使用高能發(fā)射機(jī)，插入設(shè)計(jì)特殊信號(hào)進(jìn)行帶內(nèi)干擾，降低接收器解釋傳輸數(shù)據(jù)的能力。改攻擊不僅能夠降低鏈路上的信號(hào)，還能夠降低連接到該節(jié)點(diǎn)其他鏈路上的信號(hào)。

2.2 帶外干擾

帶外干擾屬于服務(wù)破壞類(lèi)型，攻擊者通過(guò)泄露組件或交叉調(diào)制效果來(lái)降低通信信號(hào)的功率。攻擊者在范放大器通帶范圍內(nèi)，選擇與當(dāng)前通信波段波長(zhǎng)不同的地方插入信號(hào)，由于光纖放大器無(wú)法分辨攻擊信號(hào)與合法信號(hào)，均為為其提供增益作用，而攻擊信號(hào)得到增益后即會(huì)占用合法信號(hào)增益，進(jìn)而擴(kuò)散至全部的透明節(jié)點(diǎn)。

2.3 非法探測(cè)

非法探測(cè)屬于監(jiān)聽(tīng)類(lèi)型，攻擊者監(jiān)聽(tīng)相鄰信號(hào)，通過(guò)共享介質(zhì)泄露的竄擾來(lái)獲得信息。攻擊者可以通過(guò)組件串?dāng)_與光放大器缺陷兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)非法探測(cè)。

3 光網(wǎng)絡(luò)防范技術(shù)

3.1 保護(hù)

首先最為基礎(chǔ)的是要考慮到光纖通信中最為基礎(chǔ)的物理故障問(wèn)題。對(duì)光纖的保護(hù)層進(jìn)行加固處理，預(yù)防光纖出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，其次，設(shè)計(jì)高安全性的組件與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，將防范攻擊的能力進(jìn)行強(qiáng)化，避免由于彎曲泄露光。在信道與網(wǎng)絡(luò)組件之間安置隔離裝置，綜合使用濾波器與解復(fù)用器對(duì)光曾攻擊進(jìn)行預(yù)防。通過(guò)限幅放大器放大，對(duì)最大輸出功率設(shè)定上限值，從而保護(hù)通信組件。如圖1所示，該圖為設(shè)置了波長(zhǎng)保護(hù)裝置的光網(wǎng)絡(luò)，在解復(fù)用器前加用了保護(hù)EDFA放大器與隔離攻擊行為的裝置，并且加用了濾波器，有效的防止了光網(wǎng)絡(luò)被攻擊。

圖1 組件串?dāng)_的安全保護(hù)示意圖

3.2 攻擊探測(cè)

3.2.1 統(tǒng)計(jì)分析法。探測(cè)寬帶功率和光譜分析法是統(tǒng)計(jì)分析方法的主要方面。探測(cè)寬帶功率法主要是對(duì)光信號(hào)在較大譜寬中功率的變化進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)探測(cè)寬帶功率來(lái)獲知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的工作情況。如果測(cè)量得出的結(jié)果與預(yù)期值距離較大，那么就可以得知光信號(hào)在節(jié)點(diǎn)中發(fā)生了故障或被攻擊。然而由于要將測(cè)量結(jié)果與預(yù)期值進(jìn)行對(duì)比，微小的功率變化需要長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量，因此需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)完成統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程。光譜分析法主要是測(cè)量光信號(hào)的頻譜。OSA與功率探測(cè)相比所獲得的信息更加詳細(xì)，其能夠觀察光譜的變化。例如OSA可以再信道區(qū)分為兩個(gè)功率相同，光譜卻不同的信號(hào)。這一功能探測(cè)功率法卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)。然而光譜分析法所獲得的信息花費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)。

3.2.2 特定信號(hào)分析法。監(jiān)控信號(hào)分析與光時(shí)域反射法是特定信號(hào)分析法包含的兩種方法。監(jiān)控信號(hào)分析以探測(cè)傳輸狀態(tài)為主要目的。監(jiān)控信號(hào)與傳輸信號(hào)分別是通過(guò)不同的載波頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。光時(shí)域反射法可以分析監(jiān)控信號(hào)和其反射信號(hào)兩種信號(hào)，它可以用來(lái)對(duì)光纖的故障、彎曲與損耗進(jìn)行診斷。

3.3 光纖傳感器的應(yīng)用

上文中闡述的光時(shí)域反射法就是利用分布式光纖傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。分布式光纖傳感器是一種應(yīng)用前景廣闊的光纖技術(shù)，其能夠通過(guò)光波在光纖中傳播過(guò)程中所產(chǎn)生的散射光的頻率與功率和外界環(huán)境之間的聯(lián)系，對(duì)光纖路徑分布的物理參數(shù)進(jìn)行連續(xù)的檢測(cè)?？梢哉f(shuō)，結(jié)構(gòu)應(yīng)變分布式監(jiān)測(cè)器最好的就是分布式光纖傳感器，其能夠在不損害結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)逛到纖維的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)光纖的多點(diǎn)與連續(xù)點(diǎn)測(cè)量，從而起到多臺(tái)獨(dú)立傳感器的作用。在光纖網(wǎng)絡(luò)中最常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)故障就是光纖出現(xiàn)斷裂，因此這就需要對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的物理層保護(hù)進(jìn)行強(qiáng)化，而在進(jìn)行物理層保護(hù)中大多是使用分布式光纖傳感器進(jìn)行控制。隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，光纖傳感器將會(huì)在抵御光纖攻擊、定期或監(jiān)測(cè)上起到更加至關(guān)重要的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前電子技術(shù)下的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能存在限制數(shù)據(jù)傳輸速率的種種弊端，而光網(wǎng)絡(luò)即將憑借其優(yōu)勢(shì)逐漸替代傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。雖然光網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率極高，但是由于其本身依然存在尚未彌補(bǔ)的缺陷，非常容易受到攻擊，導(dǎo)致信息安全事故。因此在光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要成了主流技術(shù)必須著重關(guān)注其安全防范技術(shù)的選擇。在光網(wǎng)絡(luò)安全防范技術(shù)中，存在物理層保護(hù)、光信道層保護(hù)、光傳輸層光組件保護(hù)等多種保護(hù)措施。相信在今后的技術(shù)研發(fā)中，光網(wǎng)絡(luò)安全防范技術(shù)將更加完善，更加有效。

參考文獻(xiàn)：

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[3]曹銘志.光纖傳感器應(yīng)用于全光網(wǎng)絡(luò)安全防范探析[J].信息通信，2012（02）：247-248.

作者簡(jiǎn)介：李憲民（1978.08-），男，河南人，網(wǎng)絡(luò)工程師，技師，研究方向：操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

作者單位：齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161005