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专利号: 2021100087147
申请人: 电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2023-08-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种重构混沌序列多层加密方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、OFDM通信系统中的发送端传输一段原始数据进行串并转换和QAM调制操作,从而将原始数据从比特流转换为QAM符号的形式,用于后续的加密过程;

(2)、利用DNA编码构建OFDM通信系统加密过程中所用的混沌序列;

(2.1)、获取DNA编码序列的参考序列;

(2.1.1)、采用一维逻辑混沌映射生成数字随机的混沌序列x;

xi+1=μxi(1‑xi)                         (1)其中,xi表示第i次迭代后的结果,xi∈[0,1];

将公式(1)多次迭代后生成的混沌序列x={x1,x2,…};

(2.1.2)、根据混沌序列x中的任一值xi来获取DNA编码序列的参考值其中,Extract(xi,a,b,c)表示返回由数字随机混沌序列元素xi的小数部分中第a,b,c位组成的整数,mod(s,t)表示返回s被t除后的其余部分,Q表示要传输的QAM符号最大数;

混沌值xi经过公式(2)处理后,得到参考值 将参考值 转换为保留m位的二进制序列T,作为DNA编码的参考序列;

(2.2)、获取DNA编码序列的参考互补序列;

将DNA编码的参考序列每两位按照DNA编码规则进行编码,碱基互补配对和解码的操作,获得DNA编解码后的参考互补序列(2.3)、生成数字随机的混沌序列x;

利用参考互补序列 进行数字随机混沌序列x的重构,表示为:M=m/2                (4)N=kM,k=1,2,3,…         (5)其中,m表示参考互补序列 的位数,n表示数字随机混沌序列x的长度,M表示将数字随机混沌序列x划分的混沌序列块块数,α表示混沌序列块移动的位数,0<α<N/M,xq表示第q块混沌序列, 表示xq重构后的混沌序列, 表示参考互补序列 中的两位比特;

(2.4)、将变换后的混沌序列块按原分块顺序进行拼接,得到重构的混沌序列(2.5)、同理,按照步骤(2.1)~(2.4)所述方法分别生成加密所需的重构混沌序列和(3)、在OFDM通信系统的第一层加密过程采用混合混沌置乱扩散加密方法;

(3.1)、生成QAM矩阵;

将步骤(1)经过QAM调制后生成的QAM符号进行子载波分配,子载波分配后的QAM符号可以用矩阵P=F×N来表示,F代表子载波数,N代表每个子载波上的QAM符号数;

(3.2)、单次不重复行置乱;

将 划分成F个区间,并对每个区间按升序从1到F进行编号,任意截取混沌序列中长度为F的子序列将子序列 中的值映射在第Fκ个区间中,按照映射先后顺序对区间重新排序,生成新的行索引向量Ix;

Ix=exchange(F1,F2,…,Fκ,…,FF)                 (7)其中,exchange(·)表示返回通过映射重新排序的行索引,κ=1,2,…,F表示该行的初始索引;

(3.3)、循环行元素扩散;

对混沌序列 进行二值化处理,得均匀分布的数字混沌序列截取数字混沌序列 中长度为N的子序列 使子序列 中的元素对应矩阵P中的行元素,然后将对应“1”的元素进行如下扩散操作;

L'1=L1                             (9)其中,Lκ,j表示第κ行中对应“1”的第j个元素,L'κ,j表示第κ行中已经完成扩散加密后的第j个元素,其位置保持不变,κ=1,2,…,F,j∈[1,N], 表示执行两个元素间的位异或操作;

当矩阵P的第一行完成扩散后,对子序列 进行循环操作生成新的序列 用于矩阵P的第二行扩散操作:其中,rcycle(·)表示返回子序列 右移循环d位后的新序列 表示第κ行扩散所用的子序列,κ=1,2,…,F;

将扩散循环操作重复进行,直至矩阵的最后一行也完成扩散操作;

(3.4)、单次不重复列置乱;

按照步骤(3.2)所述方法将 划分成N个区间,并对每个区间按升序从1到N进行编号,任意截取对混沌序列 中长度为N的子序列将子序列 中的值映射在第Nj个区间中,按照映射先后顺序对区间重新排序,生成新的列索引向量Iy;

Iy=exchange(N1,N2,…,Nj,…,NN)                 (12)其中,j=1,2,…,N表示该列的初始索引;

(3.5)、循环列元素扩散

按照步骤(3.3)所述方法将混沌序列 进行二值化操作,得均匀分布的数字混沌序列然后截取数字混沌序列 中长度为F的子序列 使子序列 中的元素对应矩阵P中的列元素,最后将对应“1”的元素进行如下扩散操作;

R′1=R1                   (13)其中,R′κ,j表示第j列中对应“1”的第κ个元素,R'κ,j表示第j列中已经完成扩散加密后的第κ元素,其位置保持不变;j=1,2,…,N,κ∈[1,F];

当矩阵P的第一列完成扩散后,对子序列 进行循环操作生成新的序列 用于矩阵P的第二列扩散操作:其中,rcycle(·)表示返回子序列 右移循环d位后的新序列 表示第j列扩散所用的子序列,j=1,2,…,N;

将扩散循环操作重复进行,直至矩阵的最后一列也完成扩散操作;

(4)、在OFDM通信系统的第二层加密过程采用动态约瑟夫斯置乱加密;

(4.1)、将步骤(3)加密后的矩阵P进行单元划分,设划分后每个单元包含的子载波数是f,每个子载波上的符号数是s,那么划分后,子载波单元的数量是Ncar=F/f,符号单元的数量是Nsym=N/n;

(4.2)、利用混沌序列 中的任一混沌值 选取约瑟夫斯遍历的每一轮计数周期t;

其中, 表示返回混沌值 小数部分中的第e位整数;

(4.3)、将划分后的矩阵 按列优先顺序转为一个长为Ncar×Nsym的一维单元序列,然后将其进行动态约瑟夫斯置乱;

sq=JosephusTraverse(K,p,t)                   (17)其中,K表示OFDM通信系统发送端传输的原始数据的长度,p表示在这段原始数据中选择开始报数的位置,p∈[1,K];

(5)、将生成的新单元序列按列优先顺序重新排列成大小为Ncar×Nsym的加密矩阵,经过IFFT,插入循环前缀,并串转换的操作后通过光纤传输到接收端。

2.根据权利要求1所述的一种重构混沌序列多层加密方法,其特征在于,所述子载波数是f满足:f=g(mod(F,g)=0),g=1,2,…,F每个子载波上的符号数是s满足:

s=h(mod(N,h)=0),h=1,2,…,N。