[發明專利]一種基于變分自編碼器的混沌加密方法、應用、計算機設備及存儲介質

在審

• 申請號: 202210466207.2
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114915398A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 劉博;任建新;毛雅亞;朱筱嶸;吳翔宇;吳泳鋒;孫婷婷;趙立龍;戚志鵬;李瑩;王鳳;哈特
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04Q11/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種基于變分自編碼器的混沌加密方法，其特征在于，包括：

所述變分自編碼器模型包括編碼器網絡和解碼器網絡，編碼器網絡包括交替設置的殘差連接塊和自注意力層，解碼器網絡塊包括卷積層以及設置在每個卷積層后的丟失層；

所述混沌加密方法包括：

獲取原始混沌序列；

將原始混沌序列數據輸入到預訓練的變分自編碼器模型中進行重構處理，輸出重構混沌序列；

根據獲得的重構混沌序列對通信數據進行相位掩蓋加密和頻率掩蓋加密；

所述重構混沌序列包括能對通信數據進行相位掩蓋的第一混沌序列和對通信數據進行頻率掩蓋的第二混沌序列。

2.根據權利要求1所述的基于變分自編碼器的混沌加密方法，其特征在于，所述變分自編碼器模型的訓練方法包括：

獲取訓練用的原始序列；

將獲取的原始序列輸入到編碼器網絡中進行數據編碼處理，輸出與原始序列有偏差的中間序列，所述中間序列的偏差包括標準偏差和平均值向量；

將中間序列輸入到解碼器網絡中進行數據解碼處理，通過設置可調節訓練周期進行迭代訓練使得模型損失函數收斂，并輸出重構序列，完成變分自編碼器模型的訓練。

3.根據權利要求2所述的基于變分自編碼器的混沌加密方法，其特征在于，所述編碼器網絡包括1個卷積層、3個殘差連接塊和2個自注意力層；

輸入的原始序列先經過卷積層進行數據壓縮處理，并采用ReLu函數作為激活函數，然后經過交替設置的3個殘差連接塊和2個自注意力層進行降維處理，最后輸出低維的中間序列。

4.根據權利要求3所述的基于變分自編碼器的混沌加密方法，其特征在于，所述卷積核大小為5，步長為2。

5.根據權利要求3所述的基于變分自編碼器的混沌加密方法，其特征在于，所述解碼器網絡包括2個3×3的卷積層、2個批歸一化層以及1個全連接層，所述每個3×3的卷積層后均連接一個丟失層；

編碼器網絡輸出的中間序列先經過3×3的卷積層、丟失層以及歸一化層，并經過ReLu激活函數處理，再經過3×3的卷積層、丟失層以及歸一化層，并經過全連接層處理，輸出重構訓練，若模型的損失函數已達預設條件，則中間序列數據直接作為解碼器網絡的輸出。

6.根據權利要求5所述的基于變分自編碼器的混沌加密方法，其特征在于，所述3×3的卷積層的卷積核大小為1，丟失層的丟失率為0.2。

7.根據權利要求1所述的基于變分自編碼器的混沌加密方法，其特征在于，所述損失函數為最小化損失函數，計算公式包括：

式中，σ為編碼器網絡輸出的標準偏差；m為編碼器網絡輸出的平均值向量；n為編碼器網絡輸入原始序列的數據維度；i表示標準偏差向量中的第i個數值；p_E(x|y)為編碼器網絡輸入為x時輸出y的概率；p_D(y|x)為解碼器網絡輸入為y時輸出x的概率。

8.一種基于變分自編碼器的混沌加密方法的應用，其特征在于，將權利要求1-7任一所述的基于變分自編碼器的混沌加密方法用于正交頻分復用無源光接入通信系統，進行數據加密傳輸，所述通信系統包括：

發送端，用于將原始數據序列輸入先進行串并交換，并通過正交幅度調制將串并交換后的原始數據序列映射到第一混沌序列進行相位掩蓋；將正交幅度調制后的原始數據序列通過子載波調制映射到第二混沌序列進行頻率掩蓋；將子載波調制后的原始數據序列通過快速傅里葉變換，將信號從頻域轉換到時域，并經過并串變換后，信號輸入到光纖中；

接收端，用于接收發送端輸出到光纖中的信號，并對信號進行解密，所述解密過程為發送端的反變換。

9.一種計算機設備，其特征在于，包括處理器及存儲介質；

所述存儲介質用于存儲指令；

所述處理器用于根據所述指令進行操作以執行根據權利要求1～7任一項所述方法的步驟。

10.計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該程序被處理器執行時實現權利要求1～7任一項所述方法的步驟。