[發明專利]基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸方法及系統

在審

• 申請號: 202110706866.4
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113644985A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 李志浩;黃紅兵;唐先鋒;倪鵬程;劉樂;楊鴻珍;趙建朋;張明熙;李印宜;江昕;席麗霞;張曉光;楊允志;黃凱;陳顥;曹燦;陳巨龍;王紅艷;詹鵬;馮偉東;周正;陳佟;金煒;馬超;田增垚;張之棟
• 申請（專利權）人: 安徽繼遠軟件有限公司;國網信息通信產業集團有限公司;國網浙江省電力有限公司信息通信分公司;北京郵電大學;國家電網有限公司信息通信分公司;國網湖北省電力有限公司信息通信公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H04B10/85
• 分類號: H04B10/85;H04B10/61;H04L9/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 閆客

1.一種基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸方法，用于在相干接收系統的發送端對明文進行加密，其特征在于，包括：

利用細胞自動機生成一組偽隨機二值序列；

將偽隨機二值序列作為明文DNA加密的堿基置亂序列，利用密鑰序列對明文進行加密。

2.如權利要求1所述的基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸方法，其特征在于，在所述利用細胞自動機生成一組偽隨機二值序列之前，還包括：

采用四階超混沌系統生成所述密鑰序列。

3.如權利要求2所述的基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸方法，其特征在于，所述四階超混沌系統包含四個耦合的一階自治常微分方程，具體為：

其中，x、y、z、w為四個狀態變量，A、B、C、D、k為五個常系統參數。

4.如權利要求3所述的基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸方法，其特征在于，所述常系統參數A＝35,B＝6,C＝12,D＝7,k＝2。

5.如權利要求3所述的基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸方法，其特征在于，所述采用四階超混沌系統生成所述密鑰序列如下：

其中，mod()表示取模操作，ceil()表示朝大四舍五入，m表示離散時間指數。

6.如權利要求5所述的基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸方法，其特征在于，所述利用細胞自動機生成一組偽隨機二值序列，包括：

利用密鑰Key5和密鑰Key6分別選擇初始狀態環和狀態環演變規則，對所述細胞自動機狀態進行迭代更新，得到比特序列，密鑰Key5和密鑰Key6為所述細胞自動機內部密鑰；

利用所述密鑰Key1控制所述細胞生成機的迭代次數，構造所述偽隨機二值序列為：

basescramblingPRBS＝f(State^t⊕State^t+1)

其中，⊕表示異或操作，f表示狀態演變規則，PRBS序列為所述偽隨機二值序列，State^t為t時刻所述細胞自動機的狀態量，State^t+1為t+1時刻所述細胞自動機的狀態量。

7.如權利要求5所述的基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸方法，其特征在于，所述將偽隨機二值序列作為明文DNA加密的堿基置亂序列，利用密鑰序列對明文進行加密，包括：

利用所述密鑰Key2選擇符號數據與所述偽隨機二值序列進行DNA編碼時的編碼規則；

利用所述密鑰Key3選擇DNA操作規則以完成DNA操作；

利用所述密鑰Key4選擇解碼規則實現DNA解碼，實現對明文加密。

8.一種基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸系統，用于在相干接收系統的發送端對明文進行加密，其特征在于，包括：偽隨機二值序列生成模塊和加密模塊，其中：

偽隨機二值序列生成模塊用于利用細胞自動機生成一組偽隨機二值序列；

加密模塊用于將偽隨機二值序列作為明文DNA加密的堿基置亂序列，利用密鑰序列對明文進行加密。

9.如權利要求8所述的基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸系統，其特征在于，所述密鑰序列為采用采用四階超混沌系統生成，所述四階超混沌系統包含四個耦合的一階自治常微分方程，具體為：

其中，x、y、z、w為四個狀態變量，A、B、C、D、k為五個常系統參數；

所述采用四階超混沌系統生成所述密鑰序列如下：

其中，mod()表示取模操作，ceil()表示朝大四舍五入，m表示離散時間指數。

10.如權利要求9所述的基于細胞自動機和DNA編碼的超長距傳輸系統，其特征在于，所述偽隨機二值序列生成模塊包括迭代更新單元和偽隨機二值序列構造單元，其中：

迭代更新單元用于利用密鑰Key5和密鑰Key6分別選擇初始狀態環和狀態環演變規則，對所述細胞自動機狀態進行迭代更新，得到比特序列，密鑰Key5和密鑰Key6為所述細胞自動機內部密鑰；

偽隨機二值序列構造單元用于利用所述密鑰Key1控制所述細胞生成機的迭代次數，構造所述偽隨機二值序列為：

basescramblingPRBS＝f(State^t⊕State^t+1)

其中，⊕表示異或操作，f表示迭代，PRBS序列為所述偽隨機二值序列，State^t為t時刻所述細胞自動機的狀態量，State^t+1為t+1時刻所述細胞自動機的狀態量。