[發明專利]一種時空混沌保密通信方法

在審

• 申請號: 201310511398.0
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103580849A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 任海鵬;白超
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

1.一種時空混沌保密通信方法，其特征在于，將單向耦合映射格子系統產生的空間狀態分為奇、偶維狀態向量作為密鑰序列，密鑰和明文經過N次移位迭代得到密文信號，以此密文信號同時驅動發送端和接收端的單向耦合映像格子系統實現同步并調制下一時刻混沌系統狀態；加密后的信號經過公共信道被接收端接收，接收端單向耦合映像格子系統在與發送端格子系統相同的驅動作用下能夠完全同步；最后，采用同步后的狀態向量作為解密密鑰，經過N次對應的移位迭代映射，得到發送的明文幀。

2.根據權利要求1所述的時空混沌保密通信方法，其特征在于，具體實施過程是，先采用一種單向耦合映射格子系統模型，如式(1)：

x₀(i)＝init(i)

x_t(0)＝d(t)

x_t+1(i)＝(1-ε_i)f[x_t(i)]+ε_if[x_t(i-1)]’???(1)

i＝1,2...,m

其中，t代表離散時間，m為單向耦合映射格子系統的空間維數，init(i)為空間i維格子初值，ε_i為耦合強度并滿足0＜ε_i＜1，x_t(0)＝d(t)為位置0格子的驅動序列，t=0，1，2...，f(x)為非線性混沌映射算子，

發送端和接收端的單向耦合映射格子系統OCOML-L和OCOML-R分別表示為：

x_t+1(i)＝(1-ε_i)f[x_t(i)]+ε_if[x_t(i-1)]，???????(2)

y_t+1(i)＝(1-ε_i)f[y_t(i)]+ε_if[y_t(i-1)]，???????(3)

式(3)中的參數與式(2)中參數的定義完全一致，當耦合強度ε_i相同時，式(2)和式(3)所示的兩系統在相同0位時間序列（x_t(0)＝y_t(0)）的驅動下達到同步，此時間序列稱為驅動序列，

基于上述的模型結構，該時空混沌保密通信方法，按照以下步驟實施：

步驟1、將發送端單向耦合映射格子系統的空間狀態分為奇數維和偶數維

加密端m維單向耦合映射格子系統OCOML-L如式(1)所示，設m為偶數，將t時刻OCOML-L的m個格子狀態分為奇數維和偶數維兩組，時刻t大于等于0，每組為長度m/2的向量，表示為：

奇數維狀態向量：v_2t＝[ax_t(1),ax_t(3),...,ax_t(m-1)]，

偶數維狀態向量：v_1t＝[ax_t(2),ax_t(4),...,ax_t(m)]，

其中，x_t(i)為發送端第i個空間位置在t時刻的狀態，增益a為小于1的常數；

步驟2、將明文幀與奇數維狀態向量進行N次移位映射迭代

依次取出m/2個明文作為t時刻待加密的明文幀，表達式為：

pt=[p(mt2+1),p(mt2+2),...,p(m(t+1)2)],]]>下標t與單向耦合映射格子系統的離散時間一致，

將明文幀中m/2個元素與t時刻奇數維狀態向量中對應做如下操作：e(p_t,v_2t)，其中，每對元素計算函數e(z₁,z₂)如式(4)：

f₁(z₁,z₂)是如下非線性函數式(5)：

f1(z1,z2)=(z1+z2)+2h,-2h≤(z1+z2)≤-h(z1+z2),-h<(z1+z2)<h(z1+z2)-2h,h≤(z1+z2)≤2h,---(5)]]>

進行移位映射，e(z₁,z₂)為N次迭代加密函數f₁，N為任意正整數，選擇適當的閾值h使z₁和z₂的值域范圍在(-h,h)內，則有：

zi>hzi=hzi<-hzi=-h,i=1,2;---(6)]]>

步驟3、獲得傳輸信號

信道中傳輸的密文幀為：

vRt=12(v1t-e(pt,v2t)+b),---(7)]]>

其中的t對應離散時間，b為小于1的常數，傳輸的密文幀同樣包括m/2個元素vRt=[vR(mt2+1),vR(mt2+2),...,vR(m(t+1)2)],]]>至此，利用OCOML-L在t時刻的m個狀態值完成了對一幀個明文的加密，構成了一個密文幀；

步驟4、計算發送端單向耦合映射格子系統在t+1時刻的驅動信號

在t+1時刻OCOML-L的驅動信號為：

xt+1(0)=VR(t+1)=1(m/2)Σl=1m/2vR(mt2+l);]]>

步驟5、接收端單向耦合映射格子系統的同步信號獲取

接收端同樣有m維單向耦合映射格子系統OCOML-R，其參數與OCOML-L完全相同，其系統模型如式(3)，OCOML-R的驅動信號為：

yt+1(0)=V~R(t+1)=1(m/2)Σl=1m/2v~R(mt2+l),]]>其中的v~R(mt2+l)]]>為vR(mt2+l)]]>通過信道傳輸后的接收信號；

步驟6、解密移位映射迭代

將t時刻OCOML-R的空間狀態也按奇數維和偶數維分開得到狀態向量：

奇數維狀態向量為：v~2t=[ayt(1),ayt(3),...,ayt(m-1)],]]>

偶數維狀態向量為：v~1t=[ayt(2),ayt(4),...,ayt(m)],]]>該兩式中的參數a與步驟1中相同；

將接收到的密文幀做下列變換：

wt=v~1t-(2v~Rt-b),---(8)]]>

同樣對向量wt=[w(mt2+1),w(mt2+2),...,w(m(t+1)2)]]]>中m/2個元素以h值限幅：

w(mt2+l)>hw(mt2+l)=hw(mt2+l)<-hw(mt2+l)=-hl=1,2,...,m2,---(9)]]>

解密的明文為：

f₁,N,h與發送端的取值相同，得到了t時刻發送的明文幀對應的解密幀，即成。

3.根據權利要求2所述的時空混沌保密通信方法，其特征在于：所述的式(1)中，f(x)取為Logistic映射，即：f(x)＝4x(1-x)，耦合強度ε_i=0.85，i=1，2，...，m。