海底光缆窃听与反窃听技术分析吴俊赵四新(海军工程大学电子工程学院通信工程系，武汉，43C23)【摘 要】本文对海光缆的窃听方法进行了分析，并从窃听的方法人手，•粤出海缆被窃听后E勺特准改变，由此分析海底 光缆的反窃听手段，并介绍了儿种海光缆的反？T听方法关键词】窃听反窃听海底元缆The Analysis o f MeYiwds for the Wiretap and Counter-Wiretap of Submarine Optic CableWu Jun Zhao Sixin(Department of Communication Engineering, College of Electrical Engineering Naval Universityof Engineering, Wuhan. 430033)[Abstract] Several methods for the wiretap of submarine optic cable are analyzed. The modification of the characteristics of thesubmarine optic cable is obtained on the basis of the wiretapping methods. Approaches for the counter-wiretap of submarine opticcable are analyzed・[Keywords] wiretap counter-wiretap submarine optic cable1 前言就象有矛必有盾一样，从海缆通信出现那天起，对海 缆的窃听与反窃听技术的研究就没冇停止过。
唯一不同的 是：当年窃听的是铜质海底电缆，从技术意义上来说要容 易得多光纤通信出现后，由于光纤通信的载体——光波 是在封闭媒质光纤的内部传输的，对光信号的窃听就变得 困难，那么当前技术足否具有窃听海底光缆的能力，它是 如何实现对海缆的窃听的？如果当前技术确实具备了对海 底光缆进行窃听的能力的话，我们面临的一个非常现实的 课题就是如何从技术上防止海底光缆被窃听，保证通信的 安全、保密2 海底光缆窃听技术分析对海底光缆进行窃听需耍解决的技术难题主要有以下收稿日期：2005-6-29作者简介：吴俊，1979生，助教，主要研究方向：光纤保密通 信及光纤传感基金项目：海军工程大学膏年科学基金项目(HGDJJ0324)儿个方面：光缆定位、光缆开剥、信号窃取、信号分析、信 号传输等2.1光缆定位海底光缆铺设一般均采取埋设方式，埋设深度在1米 以上，在不掌握海缆铺设路由资料的情况下，在海底实现 对直径不超过60mm海底光缆的精确定位是非常困难的， 一般会采用金属探测器法，用金属探测器在可能的路由区 域找到海底光缆2.2光缆开剥埋设在海底的海缆埋设余量较小，而对光缆进行开剥 需耍有一段长度，因此需要在海床上将光缆冲岀一定的长 度，这就需要水下机器人来完成。
海底光缆结构比较复杂. 在不对通倍造成影响的前提下对海底光缆进行开剥，从外 到内将外护层、铠装、不锈钢光纤套管层层剥开，这种开 剥不能对光缆造成永久性损害，否则开剥过的部分在深海 强大水斥的作用下会很快岀现渗水，使海缆通信出现故障 而中断，这样一来，紡听位置就暴第了，达不到长期窃听的 目的因此，对海底光缆的开剥应该是在整态的海底作业艇 中完成的，开剥完成接入窃听装置后还会恢复原有结构，如 同在海缆上做了一次接头，英国曾于20世纪70年代研制过 一种海底作业艇用于在海底修复电力电缆2.3信号窃取光缆的窃听只有两种基本手段，光缆窃听或中继站窃 听1) 光缆窃听一般的窃听方法是光缆窃听法一种是 用一根类似生病时注射的针头，针管的中空是一根相应的 光纤引线，将海底光缆铠装开剥后用长针刺入光缆内护套， 直达光纤于是，针头的光纤和光缆的光纤连通，光束会 被部分地引入窃听仪器，而光缆中的光强衰减并不影吶光 缆的正常工作另一•种是光线对比法摄取光约信号.光线 对比法就是让和传输光不冋液段約光线沿光纤的径向射过 光纤，从而得到相应脉冲倍号贮光侑号•进而翻译成电信 号，达到窃听的耳的，还有•种足将光缆开剥至裸纤，将裸 纤略弯曲，在習曲处提取泄露信号。
2) 中继站窃听通过在打开光缆中继器加装窃听装置 来实现窃听2.4信号分析光缆传输的信号达G比特级，要在如此大容的信息 流中进行分析、筛选，得到有用信息，工作屋相当大2.5信号传输脱听海底光缆必须同时对上万根光纤同时进行处理， 从而慢慢筛选出重点监听的线路进行长期监听从现有已 知的技术水平来看，可以有以下的方法：(1) 在靠近陆地的地方铺设监听装置(如小潜艇或水下 机器人)于附近的陆地设置接收站(如有解算能力的母潜艇或 母船)，再铺设另一条光缆连接，此法虽然动作较大，但基 本上是一劳永逸的方法2) 在离陆地较远，但光缆铺设较浅的地方，设置曲听 装置，在该装置:上方海面设置浮标(甚至可以设置浮标船、 钻井平台等等伪装)，装载传输设施3) 在离陆地较近，对方监控能力很强、附近陆地不适 合的地方，可使用发射能力小的浮标器材，并以对方该地 区活动较多的船只类型为伪装(比如渔船、渡轮等)，轮班在 浮标周围活动，保持全时接收能力4) 在对方监控能力过强，上述方法无法实行的地点， 可铺设一定距离的缆线，通向对方监控能力较差的地点，再 通过浮标，以方法(2)或(3)传输讯息3 海缆反窃听技术海缆的反窃听技术，就是从上文所述的儿个关键技术 环节入手，从各个环节上堵住海缆被窃听的口子。
3.1窃听所引起的光缆线路性能的变化(1) 机械性能当窃听者解剖光缆取出光纤或者窃听装 査接触光纤时，造成的直接结果是使光缆或光纤受到横向 压力的拉力，从而改变窃听点光缆/光纤应力分布和产生 应变应力分布状况和应变的程度反映了外界对光纤的影 响程度2) 电气性能当光缆信道被破坏时，光缆各层之间的 电容.光缆的绝缘电阻梅•发生空化，变化的结果表明了光 缆結构变牝以及位移的割烈•程度・(3,光谱特社光信号在沿光纤传播过程中，受线性、 非线怜作用的影响，光信号的频谱特性发生变化我们认 为偏振光时域反射技术(POTDR)和迈克尔逊干涉技术是较 为可行的方案3.2光缆反窃听监测的方法(1) 比波带能量监测方法能屋检测方法对一个宽波带 中接收到光能虽进行计算，它可以记录实际的能駐变化情 况，由于需要与期望值进行对比，因此，能療的略微降低 可能需要很长时间才能检测出來接收到能星中微小的、可 检测到的变化并不一定就是攻击造成的(如组件老化筹)，因 此，绝大多数方案使用阈值能虽检测技术，当通信服务的 下降到达或超过一定的阈值时即认为发生了攻击2) 光谱分析方法利用光谱分析仪(OSA)测虽光信号 的频谱OSA可给出比简单的能星集成更详细的诊断，它 们能够检测到频谱形状的变化，要知道，虽然整个信道中 的能量没有发生变化，但它的频谱形状也可能发生了变化。
3) 光纤传感技术是一种可行方案防窃听最直接的办 法就是对可能遭受窃听的光缆进行监测，主要监测光纤在 非正常外力作用时受到的微扰、参数变化等情况，从而判 断出有无窃听事件的发生采用光纤传感器技术足一种可 行的方案光纤传感器可分为点传感、分布式和准分布式，每一 类在原理上均可用于光纤通信线路的防窃听监测，例如在 光纤线路的富点控制点放匱传感器，如在光缆接头盒中放 置传感器•将传感器的信息传到控制中心，一旦窃听者打 开接头盒即可上报，提高了光缆线路的安全程度当然最有效的传感器监测方法是采用分布式光纤传感 器技术OTDR技术作为一种分布光纤传感器已广泛应用 到光缆线路的工程和维护中，然而窃取光纤中传输的信息 所引起的光纤损耗往往非常小，OTDR很难将它分辨出来， 因此，常规OTDR以及海底光缆中常用的C - OTDR均不 易亘接用于防窃听探测，而偏振光时域反射技术(POTDR) 和迈克尔逊干涉技术是较为可行的方案偏振光时域反射 技术(POTDR)常用于测星偏振模色散沿光纤的平均分布， 它还可用于测鼠光脉冲偏振态沿光纤的演变过程光脉冲 沿光纤传播时，由于光纤本身的不均匀性和外界的扰动，其 偏振态沿光纤不断变化，在由光纤引起的偏振态变化已知 的情况下，偏振态演变的速度就与外界扰动(外界扰动同索 主要包括温度、压力、应变等)的程度有关，并且有试验表 明光偏振态对外扰动的变化不仅敏感而且有较好的对应关 系，囚此在光纤监测领域有着良好的潜在应用前景。
另外， 迈克尔逊干涉技术在安全曲测方面已经获得了实际的应用， 它利用了相干光脉冲的相位对周围环境敏感的原理，当断 束待征相同的光在不同的光纤(信号纤、参考纤)中传播时， 如果信号纤中的光受到了外哼的犹玫，则通过千涉技术输 出后就可以検測出光纤暨扰动菇位莊和程a,其空间分辨 率高、测量特确•但光站设计严格第然分布式传感器在技术分析上是可行的，但仍存在 称许许多多的难点首先，海底光缆会受到自然环境的影 响，如何将窃听者行为与正常外力区别开来，需要采集大 星的数据进行分析，可以说从监测参量中有效地发现安全 隐患是一个需要解决的技术难题；第二，使用分布式光纤 传感器的安全监测技术受探测技术和光学元器件技术的限 制，实现长距离的线路监测还比较困难3.3光缆反窃听技术的一些特殊方法(1) 无规律载波光纤通信技术一种髙科技防窃听光纤 技术已经开始了研究，这是一种由美国通讯保密专家研制 的无规律载波信号光纤通讯技术，用以对付当今国际上口 益猖獗、手段高明的窃听高手该技术首先将话音之类的 有用信息转换为数字脉冲倍号，然后再将这些数字脉冲信 号编码调制到无规律变化的随机微波戦体上，发送时激光 发射装置将载有信息的无规律载波信号经光纤通讯系统发 射至接收讯方，收讯方的激光接收机以专用技术与发送激 光装置同步动态协调工作，最终完成将有用信号从无规律 载体上解调的任务。
使用该技术，窃听高手将再也没有用 武之地，他们只会听到棗无意义、杂乱无章的噪音2) 基于混沌保密的一种光纤通信方式⑶混沌是由确 定性的非线性系统产生的随机过程，混沌信号由确定性方 程产生，其运动轨迹对初始条件极度敏感，即使是一个微 小的变化也可能导致其轨迹呈指数分离，并且其序列可以 无限长，外形类似随机噪声，自相关函数近似冲击，互相 关函数近似为零，功率谱几乎布满整个频带，这些特性使 得混沌信号在保密通信中呈现了极好的优越性随着混沌 同步的发展，信息在混沌通信系统中进行编码和解码，电 子电路实现的混沌通信实验已经证实了可传输儿十千赫兹 信息，而光系统显示的快速动力学过程提供了传输几百兆 赫兹或更高信息的可能性因此，学者们探索了掺钩光纤 环路激光器的快速动力学过程，将混沌激光器应用于光通 佶系统中，这些激光器特别适用于通信，因为激光器发出 的波长恰恰在光纤通信光波长的最低损耗点混沌应用于光纤通信系统，保密性强是未来光纤通信 系统的一个发展方向3) CDMA技术在光纤保方逋信轩应用⑷，•一个典型的点 到点光纤CDMAlt统由数淳源、光编码器、光解码器和数 捋偻收器給成.如图1所示在发送端，数据源产生的输入 脉冲进人光编码器，在它的输出端形成一个特定的脉冲序 列，即地址码。
在接收端，光解码器将接收到的地址码与 本地码进行相关运算，通过门限判决恢复出发给自己的信 号，并将之送给数据接收器•数据源光编砚霸1—数据接收器图1点到点光纤CDMA系统的组成当然还冇光孤子通信、呈子通信等，在保密通信方面 都有很大的前景4 结束语海缆虽处在大海中，有较好的。