[發(fā)明專利]一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的VDES保密通信方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111644635.1
• 申請(qǐng)日: 2021-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN114302391A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李洪星;李瑞雪;劉志磊;李娜;何舒暢;劉亞松;李瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東星通易航通信科技有限公司
• 主分類號(hào): H04W12/03
• 分類號(hào): H04W12/03;H04L9/00;H04W16/22
• 代理公司: 安徽華人律師事務(wù)所 34163
• 代理人: 張璞君

1.一種基于一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的VDES保密通信方法，該方法包括如下步驟：

S1：構(gòu)建發(fā)送端的基于三維分?jǐn)?shù)階時(shí)變耦合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)：

所述的驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)選擇具有10個(gè)節(jié)點(diǎn)耦合的三維分?jǐn)?shù)階時(shí)變耦合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)式為：

式(1)中，k＝1,2,...,10表示三維分?jǐn)?shù)階時(shí)變耦合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)；α表示分?jǐn)?shù)階的階次，且0α1；t為時(shí)間；x_k(t)表示驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變量，且x_k(t)＝(x_k1(t),x_k2(t),...,x_k3(t))^T∈C³，C³表示三維復(fù)值空間，下同；f(x_k(t))表示驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的向量函數(shù)，且f(x_k(t))∈C³；Γ表示內(nèi)部耦合連接矩陣，且Γ＝diag(l₁,l₂,...,l₃)＞0；c(t)表示時(shí)變耦合強(qiáng)度，其值隨著系統(tǒng)狀態(tài)的變化而變化；A是一個(gè)常參數(shù)矩陣，且A＝diag(a₁,a₂,...,a₃)；G＝(g_kj)∈R^10×10是耦合配置矩陣，R^10×10表示10×10矩陣集；其中g(shù)_kj代表第k個(gè)節(jié)點(diǎn)與第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接權(quán)重；其滿足

S2：構(gòu)建接收端的基于三維分?jǐn)?shù)階時(shí)變耦合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)：

所述的接收端的響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)選擇與所述的驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)式為：

式(2)中，y_k(t)為響應(yīng)系統(tǒng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變量，且y_k(t)＝(y_k1(t),y_k2(t),...,y_k3(t))^T∈C³；u_k(t)為待設(shè)計(jì)的同步控制器；f(y_k(t))是響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的向量函數(shù)；

S3：設(shè)計(jì)能使得驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到同步的同步控制器：

所述的同步控制器的設(shè)計(jì)過程如下：

定義同步誤差函數(shù)e_k(t)為：

e_k(t)＝y(tǒng)_k(t)-x_k(t) k＝1,2,...,10 (3)

式(3)中，k表示三維分?jǐn)?shù)階時(shí)變耦合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；x_k(t)表示驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變量；y_k(t)為響應(yīng)系統(tǒng)中第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變量；

基于定義的同步誤差函數(shù)設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器，將該自適應(yīng)控制器作為驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)間的同步控制器；

所述的自適應(yīng)控制器u_k(t)為：

u_k(t)＝f(x_k(t))-f(y_k(t))-d_k(t)Γe_k(t)-Ae_k(t) (4)

式(4)中，e_k(t)為同步誤差函數(shù)；f(x_k(t))表示驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的向量函數(shù)；f(y_k(t))是響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的向量函數(shù)；d_k(t)是反饋增益，且反饋增益滿足：

式(5)中，p是一個(gè)可調(diào)的正常數(shù)，e_k(t)表示同步誤差函數(shù)，表示e_k(t)的共軛轉(zhuǎn)置；

所述的自適應(yīng)控制器中的耦合強(qiáng)度的自適應(yīng)率為：

式(6)中，ε是一個(gè)可調(diào)節(jié)的正常數(shù)；e_k(t)表示同步誤差函數(shù)，表示e_k(t)的共軛轉(zhuǎn)置；

S4：在發(fā)送端，對(duì)待發(fā)送的有用信號(hào)s(t)進(jìn)行信號(hào)加密，并將得到的加密信號(hào)r(t)發(fā)送到接收端。

所述的信號(hào)加密的過程如下：

利用步驟S1所述的驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)作為信號(hào)發(fā)送端的混沌信號(hào)產(chǎn)生器，產(chǎn)生混沌信號(hào)；選擇任意一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的混沌信號(hào)，作為加密用的疊加信號(hào)x(t)；

對(duì)有用信號(hào)s(t)與疊加信號(hào)x(t)采用信號(hào)加法運(yùn)算進(jìn)行加密運(yùn)算，得到所述的加密信號(hào)r(t)，所述的加密信號(hào)r(t)為：

式(7)中，s(t)表示有用信號(hào)；k表示三維分?jǐn)?shù)階時(shí)變耦合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)，且k＝1,2,...,10；m_k為常數(shù)且m_k的取值為0或1，如果選擇了第k個(gè)節(jié)點(diǎn)作為疊加信號(hào)則m_k＝1，否則,m_k＝0；x_k(t)為發(fā)送端的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)生成的第k節(jié)點(diǎn)混沌信號(hào)；

S5：在接收端，接收加密信號(hào)r(t)，并對(duì)其進(jìn)行解密，得到解密信號(hào)s₁(t)

所述的信號(hào)解密的過程如下：

利用步驟S2所述的響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)作為信號(hào)接收端的混沌信號(hào)產(chǎn)生器，產(chǎn)生與加密過程同步的混沌信號(hào)由同步控制器確定與驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用相同節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)同步混沌信號(hào)，作為用于解密的同步疊加信號(hào)y(t)；

采用與接收端的加密算法的逆運(yùn)算作為信號(hào)解密算法，利用同步疊加信號(hào)y(t)對(duì)加密信號(hào)r(t)進(jìn)行解密運(yùn)算，消除加密信號(hào)中的混沌態(tài)，得到所述解密信號(hào)s₁(t)；

解密運(yùn)算采用信號(hào)減法運(yùn)算；

所述消除混沌態(tài)后的解密信號(hào)s₁(t)為：

式(8)中，r(t)表示加密后的信號(hào)；k表示三維分?jǐn)?shù)階時(shí)變耦合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)序號(hào)，且k＝1,2,...,10；y_k(t)為接收端的響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)在k節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的同步混沌信號(hào)；m_k為常數(shù)，如果選擇了第k個(gè)節(jié)點(diǎn)作為疊加信號(hào)則m_k＝1，否則,m_k＝0；算法結(jié)束。