[發(fā)明專利]魯棒混沌鍵控保密通信系統(tǒng)、通信方法、終端及存儲(chǔ)介質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110142819.1
• 申請(qǐng)日: 2021-02-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112929152B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高孝婧;陳慶;李珊;曾德澤;程孟凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）;華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/00
• 分類號(hào): H04L9/00;H04L27/00
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發(fā)明屬于混沌保密技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種魯棒混沌鍵控保密通信系統(tǒng)、通信方法、終端及存儲(chǔ)介質(zhì)，在發(fā)送端，設(shè)計(jì)雙延時(shí)反饋混沌鍵控系統(tǒng)，一路固定延時(shí)反饋用以保證系統(tǒng)的混沌特性，另一路可控延時(shí)反饋用來(lái)承載0和1比特信息，用0或1狀態(tài)控制延時(shí)反饋的閉合開(kāi)啟；發(fā)送端在延時(shí)鍵控調(diào)制模塊開(kāi)啟/閉合狀態(tài)下，分別利用系統(tǒng)輸出的混沌信號(hào)及其延時(shí)信號(hào)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立兩個(gè)關(guān)系模型；在接收端，利用兩個(gè)模型對(duì)調(diào)制混沌信號(hào)及延時(shí)信號(hào)間的映射關(guān)系進(jìn)行分段驗(yàn)證，在無(wú)需恢復(fù)發(fā)送端混沌載波的前提下進(jìn)行解密。本發(fā)明可有效抵抗針對(duì)混沌鍵控的返回映射攻擊，為惡劣通信條件下的安全傳輸提供可能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于混沌保密技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種魯棒混沌鍵控保密通信系統(tǒng)、通信方法、終端及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)

自2005年通信速率1Gb/s的光混沌保密通信在雅典城120km的城域網(wǎng)中得以實(shí)現(xiàn)以來(lái)，光混沌保密通信研究引起了世界范圍的廣泛關(guān)注并得到了長(zhǎng)足發(fā)展，其傳輸速率、傳輸距離、安全性都得到了顯著的提高，逐漸成為最可行的物理層加密手段之一。大量實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)并報(bào)道了長(zhǎng)距離(大于100km)高速光纖混沌保密通信。值得注意的是，在一些實(shí)際的通信環(huán)境中，如無(wú)線通信、水下通信和自由空間通信，不可避免地會(huì)出現(xiàn)信號(hào)惡化。事實(shí)上，低信噪比條件下的信息可靠傳輸一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的開(kāi)放性問(wèn)題。為了克服噪聲問(wèn)題，直接想法是對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪，如卡爾曼濾波、Wiener濾波等。現(xiàn)有文獻(xiàn)以具有較強(qiáng)抗噪聲能力的差分混沌鍵控通信系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了降噪處理對(duì)通信性能的影響，研究結(jié)果表明，僅當(dāng)信噪比超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，降噪處理才能使通信性能得到改善。為此，非相干混沌解調(diào)策略被提出。在非相干混沌保密通信中，接收機(jī)無(wú)需通過(guò)高質(zhì)量混沌同步來(lái)恢復(fù)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的混沌載波，這使其具有較高的抗噪性能。然而這也意味著在解調(diào)過(guò)程中不需要再考慮混沌系統(tǒng)的參數(shù)敏感性，因此這導(dǎo)致了混沌系統(tǒng)對(duì)初值和參數(shù)的敏感性這一特點(diǎn)難以直接被有效應(yīng)用于安全性增強(qiáng)。相較于非相干混沌保密通信，相干混沌保密通信具有更高的安全性，其主要有三種調(diào)制策略：混沌掩蓋、混沌鍵控和混沌參數(shù)調(diào)制。(1)混沌掩蓋，易于實(shí)現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于物理層安全光通信。通過(guò)明文與混沌載波直接疊加的方式進(jìn)行信息掩蓋，對(duì)信道噪聲相當(dāng)敏感，安全性較低。(2)混沌參數(shù)調(diào)制，信息信號(hào)被注入到混沌系統(tǒng)中，使其軌跡發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化，具有更高的安全性。然接收端自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)復(fù)雜，其實(shí)用性受限。(3)混沌鍵控，具有擴(kuò)頻的屬性，因此具有較好的抗噪聲性能，但其容易受到返回映射分析的攻擊。

此外，相干混沌保密通信解密得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是混沌同步，為此通信雙方必須要用結(jié)構(gòu)參數(shù)一致的激光器來(lái)保證高質(zhì)量的同步，這為激光混沌保密通信的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了阻礙。近年來(lái)，現(xiàn)有文獻(xiàn)提出用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化替代接收端的方法，基于高質(zhì)量同步的光纖混沌保密通信得以實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。雖然混沌鍵控容易受到返回映射分析的攻擊，但為非理想信道的機(jī)密信息傳輸提供了可能。

通過(guò)上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題及缺陷為：

(1)采用非相干混沌保密通信策略時(shí)，接收機(jī)無(wú)需通過(guò)高質(zhì)量混沌同步來(lái)恢復(fù)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的混沌載波，具有較高的抗噪性能，但同時(shí)意味著在解調(diào)過(guò)程中不需要再考慮混沌同步和參數(shù)敏感性，因此混沌系統(tǒng)對(duì)初值和參數(shù)的敏感性這一特點(diǎn)難以直接被有效應(yīng)用于安全性增強(qiáng)。

(2)混沌掩蓋易于實(shí)現(xiàn)，但由于合成信號(hào)的功率變化會(huì)導(dǎo)致弱安全性，因此信息信號(hào)的功率須遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混沌載波的功率，導(dǎo)致其對(duì)信道噪聲相對(duì)敏感，誤碼率較高。

(3)在設(shè)計(jì)混沌參數(shù)調(diào)制通信系統(tǒng)時(shí)，需要針對(duì)給定的混沌系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定數(shù)學(xué)形式的自適應(yīng)控制器，這在一定程度上削弱了其實(shí)用性。

(4)混沌鍵控本質(zhì)上具有擴(kuò)頻的屬性，因此天然具有較好的抗噪聲性能，但其容易受到返回映射分析的攻擊。

(5)相干混沌保密通信解密得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是混沌同步，為此通信雙方必須要用結(jié)構(gòu)參數(shù)一致的激光器來(lái)保證高質(zhì)量的同步，這為激光混沌保密通信的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了阻礙。

針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，本方案改進(jìn)的優(yōu)秀效果：