馮文果

（重慶移通學(xué)院，重慶 401520）

0 引 言

借助人工智能技術(shù)進(jìn)行光通信網(wǎng)絡(luò)加密方案設(shè)計(jì)，旨在找到一種提升光通信網(wǎng)絡(luò)安全的方案。這一方案基于光纖信道信號(hào)傳輸模式，構(gòu)建混沌序列，并在序列中隨機(jī)選取數(shù)據(jù)信息作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入矢量，對(duì)其進(jìn)行仿真模擬學(xué)習(xí)后，輸出序列，促使明文置亂，即將明文形成的信號(hào)打亂，調(diào)整信號(hào)位置，再借助分段異擴(kuò)散技術(shù)應(yīng)用對(duì)信號(hào)值進(jìn)行調(diào)整，將置亂數(shù)據(jù)輸出，最后借助量化機(jī)制獲取密鑰流，實(shí)現(xiàn)信號(hào)加密，并獲取加密的密文。

1 人工智能技術(shù)和光通信網(wǎng)絡(luò)概述

1.1 光通信技術(shù)概述

光通信是借助光來完成通信任務(wù)的一種通行模式，技術(shù)優(yōu)勢(shì)突出，能夠滿足大容量通信需求，通信的中繼距離遠(yuǎn)、適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成本低。但是，光通信技術(shù)應(yīng)用中數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)大，且光網(wǎng)絡(luò)的信息管理和節(jié)點(diǎn)都存在被攻擊和竊取信息的危機(jī)，因此要確保光通信技術(shù)的有效應(yīng)用，必須要解決數(shù)據(jù)信息的安全保護(hù)問題。學(xué)者就光通信網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)做了大量研究，將加密技術(shù)應(yīng)用進(jìn)來，確保光通信網(wǎng)絡(luò)信息安全[1]。面對(duì)高頻的網(wǎng)絡(luò)攻擊，信息數(shù)據(jù)存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，需要積極研究人工智能的光通信網(wǎng)絡(luò)加密方式，保證數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安全傳輸。

1.2 人工智能技術(shù)在光纖通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)在光通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用包括以下幾方面。

（1）在接收端，通過人工智能技術(shù)中的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用，能夠提升光信號(hào)檢測(cè)靈敏度，優(yōu)化光纖傳輸系統(tǒng)性能，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)頻譜的使用效率提升[2]。

（2）在光網(wǎng)絡(luò)中，有很多端到端的光通信，將這些光通信參數(shù)和其在接收端檢測(cè)的信號(hào)傳輸質(zhì)量作為輸入和輸出，在大量的仿真模擬學(xué)習(xí)后，能夠?qū)饩W(wǎng)絡(luò)中不同端對(duì)端的光通信信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。信號(hào)傳輸質(zhì)量能夠反映光通信的信噪比，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)能夠降低光通道信噪比余量配置，提升網(wǎng)絡(luò)頻譜的使用效率[3]。

（3）在不斷學(xué)習(xí)光網(wǎng)絡(luò)的故障問題中，將故障以及故障原因作為輸入和輸出，能夠?qū)收显蚓珳?zhǔn)分析，以便為未來的故障進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。

（4）基于光網(wǎng)絡(luò)安全需要，人工智能技術(shù)可以在預(yù)警以及光層的網(wǎng)絡(luò)攻擊中發(fā)揮作用。

綜上所述，人工智能技術(shù)在光通信網(wǎng)絡(luò)中的典型應(yīng)用，可以分為決策性人工智能應(yīng)用以及輔助性人工智能應(yīng)用。

決策性人工智能應(yīng)用在系統(tǒng)運(yùn)行中完全依賴人工智能技術(shù)，借助該技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)和故障預(yù)測(cè)。例如，在光通信的信號(hào)傳輸質(zhì)量預(yù)測(cè)中，雖然多數(shù)情況下，人工智能技術(shù)能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，但是在某個(gè)時(shí)刻預(yù)測(cè)失靈后，就會(huì)導(dǎo)致光通道無(wú)法建立，或者是無(wú)法滿足傳輸需要，達(dá)不到通信服務(wù)協(xié)議對(duì)技術(shù)水平的要求。針對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)中的高速光通道，違背通信服務(wù)水平協(xié)議的后果很嚴(yán)重[4]。在決策性人工智能技術(shù)應(yīng)用中，需要謹(jǐn)慎，因此應(yīng)用也相對(duì)少一些。

輔助性應(yīng)用是借助人工智能技術(shù)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)的日常維護(hù)，對(duì)于潛在的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，這種預(yù)測(cè)失效對(duì)于系統(tǒng)不會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失，如網(wǎng)站的產(chǎn)品推介中，出現(xiàn)錯(cuò)誤可能會(huì)減少推介機(jī)會(huì)，但是不會(huì)造成實(shí)質(zhì)性損失。借助人工智能技術(shù)可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)未來可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)可以提升網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性，預(yù)測(cè)失效，也不會(huì)造成嚴(yán)重后果。這是一種提示和預(yù)警，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，工作人員可以采取措施來處理，預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，可以忽略不計(jì)，網(wǎng)絡(luò)依然可以正常運(yùn)行[5]。

2 基于人工智能的光通信加密方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)光通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息安全威脅問題，設(shè)計(jì)一種基于人工智能技術(shù)的數(shù)據(jù)加密通信方式和裝置，可以在數(shù)據(jù)的單向傳輸中確保數(shù)據(jù)同步，避免數(shù)據(jù)丟失和被竊取，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴＿@種數(shù)據(jù)加密通信方案可以借助可見光發(fā)送方發(fā)送，通過可見光波段的光充當(dāng)載體，在空氣中進(jìn)行直接的光信號(hào)傳輸。這種基于可見光傳輸?shù)耐ㄐ欧绞江h(huán)保低碳，滿足零耗能通信要求，能夠防止無(wú)線電通信電磁信號(hào)泄露問題發(fā)生，具有強(qiáng)抗干擾能力和抗截獲能力，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信。在單向隔離數(shù)據(jù)交換過程中，因?yàn)閿?shù)據(jù)交換雙方是單向數(shù)據(jù)流向，在數(shù)據(jù)傳輸中要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩允顷P(guān)鍵[6]。

在基于人工智能技術(shù)的光通信網(wǎng)絡(luò)加密系統(tǒng)中，相應(yīng)的服務(wù)器必須驗(yàn)證客戶身份，生成密鑰，并共享和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的加密客戶端必須對(duì)文件進(jìn)行加密和解密，以達(dá)到數(shù)據(jù)交換的目的。對(duì)稱加密算法和混沌序列加密算法的密鑰是解碼關(guān)鍵，密鑰加密傳遞模塊必須起到保護(hù)會(huì)話密鑰的作用，使用密鑰加密算法RSA 的公鑰來加密會(huì)話密鑰，從中進(jìn)行加密處理，以此來發(fā)送加密密鑰和密文。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)中應(yīng)用數(shù)據(jù)加密技術(shù)，通過對(duì)信息、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)文件進(jìn)行加密，可以有效防止黑客對(duì)用戶重要信息的監(jiān)控和竊取，保障整體數(shù)據(jù)安全。目前，最常用的數(shù)據(jù)加密方法是數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（Data Encryption Standard，DES）和RAS。其中，第一種是密鑰加密算法，將64 位明文輸入塊通過初始置換和反向置換逐位重新組合成為64 位密文輸出塊。在初始排列中，最重要的是將輸入的64 位數(shù)據(jù)塊分成2 個(gè)相等的32 位數(shù)字塊，然后將輸入的第58 位替換為第1 位，第50 位替換為第2 位，以此類推，最后1 位是原來的第7 位。此外，可以采用反向交換的方式，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，大大提高數(shù)據(jù)的安全性，這種網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)在應(yīng)對(duì)黑客攻擊方面有很好的應(yīng)用效果。

后一種RSA 是一種結(jié)合了加密和解密密鑰的公鑰加密算法，在這種加密算法中，RSA 密鑰的長(zhǎng)度至少為500位，公共密鑰為1 024位。在這種加密文件中，只能解密較短的RSA 密鑰，一般較長(zhǎng)的RSA 密鑰是無(wú)法解密的?？梢娺@種加密技術(shù)安全系數(shù)高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)黑客問題處理也有很好的應(yīng)用效果，能夠有效減少黑客攻擊風(fēng)險(xiǎn)。通過多種網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)應(yīng)用，為用戶的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行和相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳輸提供一個(gè)安全可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，解決互聯(lián)網(wǎng)科技發(fā)展中面臨的一些突出安全問題。

2.2 加密算法模型構(gòu)建

具體的光通信加密方案設(shè)計(jì)中，需要借助人工智能技術(shù)應(yīng)用，構(gòu)建反向傳播（Back Propagation，BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，搭建數(shù)據(jù)仿真模型，再對(duì)光通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中的各種黑客攻擊、數(shù)據(jù)竊取、數(shù)據(jù)丟失情況進(jìn)行仿真模型，讓系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在不斷的學(xué)習(xí)中，形成對(duì)于光通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩雷o(hù)思路，針對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)和問題進(jìn)行處理，構(gòu)建可靠的數(shù)據(jù)加密方案，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽俊?duì)此，設(shè)計(jì)基于人工智能的光通信網(wǎng)絡(luò)加密算法模型[7]。

仿真計(jì)算應(yīng)用及實(shí)施過程。通過相應(yīng)的仿真計(jì)算，計(jì)算機(jī)可以構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)仿真模型。這里需要應(yīng)用的科目包括圖形、幾何建模、數(shù)據(jù)科學(xué)和力學(xué)等重要技能。計(jì)算機(jī)本身識(shí)別和處理相應(yīng)研究對(duì)象的能力有限，因此有必要建立一個(gè)能被計(jì)算機(jī)接受并代表研究對(duì)象本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。計(jì)算機(jī)處理可以構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過特定的參數(shù)輸入來表示物體的特定性質(zhì)和形狀。通過建立實(shí)物的三維模型，可以更清楚地看到相應(yīng)的特征，建模完成后，將借助計(jì)算機(jī)仿真精度和模型精度，進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化工作，和整體仿真設(shè)計(jì)方案制定。

模型構(gòu)建。通過將仿真網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用于特定領(lǐng)域，結(jié)合群仿真算法的應(yīng)用和相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工條件和約束條件，確定相關(guān)研究目標(biāo)，創(chuàng)建仿真操作系統(tǒng)，能夠滿足系統(tǒng)需求，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。最后，讓相關(guān)設(shè)計(jì)人員結(jié)合具體專業(yè)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化表達(dá)，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。一般來說，數(shù)學(xué)模型分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種，動(dòng)態(tài)模型又分為離散型、連續(xù)型和混合型3 種[8]。

模型的轉(zhuǎn)換。模型變換就是將原來構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型用合適的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行變換，使其成為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的樣式，它滿足計(jì)算機(jī)算法和語(yǔ)言表達(dá)的要求。這是仿真的基本連接，也是仿真模型的一部分。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)模型轉(zhuǎn)換，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可結(jié)合系統(tǒng)需求，應(yīng)用合適的仿真軟件進(jìn)行開發(fā)。

模型驗(yàn)證。模型構(gòu)建和改造完成后，下一步就是進(jìn)行模型測(cè)試，主要是在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行相應(yīng)的仿真模型運(yùn)行測(cè)試或仿真實(shí)驗(yàn)。因此，模型的構(gòu)建和轉(zhuǎn)換工作非常重要，可以保證模型的構(gòu)建和改造能夠滿足要求，為實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。在模型的構(gòu)建和轉(zhuǎn)換研制成功后，后續(xù)的模型試驗(yàn)才能更加順利地進(jìn)行。但是，在衡量仿真計(jì)算結(jié)果時(shí)，需要先分析其可靠性，一般可以采用置信通道法和后向驗(yàn)證法。

3 網(wǎng)絡(luò)加密下的計(jì)算機(jī)應(yīng)用思路

作為新時(shí)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的用戶，時(shí)刻有必要了解網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)安全保護(hù)，對(duì)自己的重要數(shù)據(jù)和信息做好必要的保護(hù)工作，防止被黑客和不法分子利用。對(duì)此，用戶自己應(yīng)該學(xué)習(xí)一些基本的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，如學(xué)習(xí)安裝網(wǎng)絡(luò)殺毒軟件、定期對(duì)電腦進(jìn)行掃描查殺、正確使用身份認(rèn)證技術(shù)和加密技術(shù)，從而把握加密技術(shù)應(yīng)用原理，做好重要信息的加密保護(hù)。對(duì)敏感崗位人員的網(wǎng)絡(luò)安全要加強(qiáng)培訓(xùn)，從上網(wǎng)行為安全、網(wǎng)上交易安全、辦公軟件安全等方面入手，詳細(xì)講解如何提高網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)，提高防范能力。同時(shí)，詳細(xì)介紹網(wǎng)絡(luò)攻擊、病毒入侵、網(wǎng)絡(luò)詐騙等信息，并給出阻斷釣魚網(wǎng)站、謹(jǐn)慎交友、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)黑客、提高警惕等切實(shí)可行的防范建議。例如，在日常應(yīng)用中注意及時(shí)安裝系統(tǒng)更新和殺毒軟件，避免在多個(gè)網(wǎng)站使用同一個(gè)賬號(hào)，使用8 位以上的復(fù)雜密碼等；移動(dòng)設(shè)備應(yīng)謹(jǐn)慎使用公用網(wǎng)絡(luò)，盡量安裝官方渠道的軟件并做好數(shù)據(jù)備份等工作，完善人員安全措施。結(jié)合上網(wǎng)行為安全、網(wǎng)站安全、網(wǎng)站監(jiān)控管理以及網(wǎng)絡(luò)突發(fā)事件等，講解日常工作中可能涉及的網(wǎng)絡(luò)安全故障及處理方法，提高網(wǎng)絡(luò)人員的基礎(chǔ)知識(shí)，提高網(wǎng)絡(luò)水平。此外，注重部門網(wǎng)站的監(jiān)控管理，落實(shí)網(wǎng)絡(luò)安全，舉辦各種活動(dòng)加強(qiáng)部門負(fù)責(zé)人的網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)和培訓(xùn)，讓網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更好地為工作、學(xué)習(xí)和生活服務(wù)。

4 結(jié) 論

此次設(shè)計(jì)的基于人工智能技術(shù)的光通信網(wǎng)絡(luò)加密方案，相應(yīng)服務(wù)端要對(duì)客戶端身份進(jìn)行驗(yàn)證，生成密鑰，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)和存儲(chǔ)。密鑰生成以用戶口令字或者是數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，每次都會(huì)產(chǎn)生一對(duì)密鑰，在數(shù)據(jù)簽名以及加密會(huì)話中使用。密鑰的存儲(chǔ)主要是對(duì)生成密鑰的用戶構(gòu)建聯(lián)系關(guān)系，形成關(guān)聯(lián)目錄，方便客戶端查找。密鑰分發(fā)則是將客戶端請(qǐng)求作為主要目標(biāo)，在關(guān)聯(lián)目錄中進(jìn)行相關(guān)信息查找，找出后可將密鑰以及請(qǐng)求的客戶端對(duì)接。系統(tǒng)加密客戶端需要對(duì)文件進(jìn)行加密和解密，達(dá)到信息交互的目標(biāo)。相應(yīng)密鑰生成模塊能夠?qū)?shù)據(jù)信息設(shè)置訪問限制，生成對(duì)稱加密算法、混沌序列加密算法的密鑰。密鑰加密傳輸模塊要發(fā)揮對(duì)會(huì)話密鑰的安全保護(hù)，通過公鑰密碼算法RSA 的公鑰對(duì)加密會(huì)話密鑰進(jìn)行加密處理，加密后的密鑰和密文由此傳輸，而密鑰端能夠在RSA 支持下使用私鑰解密來獲得相應(yīng)會(huì)話密鑰。

此外對(duì)光通信中數(shù)據(jù)的加密和解密中，在混沌序列密碼算法下來實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)的加密處理，確保生成的密文不容易被破解，保證密文傳輸?shù)陌踩浴ＴO(shè)計(jì)的光通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)加密方案，以人工智能技術(shù)為支撐，通過相應(yīng)仿真加密算法模型構(gòu)建，確保相應(yīng)加密過程科學(xué)有效，形成安全系數(shù)高的密文，保證在光通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息傳輸中，傳輸過程數(shù)據(jù)信息的安全性，這對(duì)于解決光通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的安全風(fēng)險(xiǎn)問題具有重要作用。