[發(fā)明專利]一種基于變分自編碼器的混沌加密方法、應(yīng)用、計(jì)算機(jī)設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210466207.2
• 申請(qǐng)日: 2022-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN114915398A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/00
• 分類號(hào): H04L9/00;H04Q11/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種基于變分自編碼器的混沌加密方法、應(yīng)用、計(jì)算機(jī)設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，混沌加密方法包括獲取原始混沌序列；將原始混沌序列數(shù)據(jù)輸入到預(yù)訓(xùn)練的變分自編碼器模型中進(jìn)行重構(gòu)處理，輸出重構(gòu)混沌序列；根據(jù)獲得的重構(gòu)混沌序列對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行相位掩蓋加密和頻率掩蓋加密。所述變分自編碼器模型包括編碼器網(wǎng)絡(luò)和解碼器網(wǎng)絡(luò)，編碼器網(wǎng)絡(luò)包括交替設(shè)置的殘差連接塊和自注意力層，解碼器網(wǎng)絡(luò)塊包括卷積層以及設(shè)置在每個(gè)卷積層后的丟失層。通過引入變分自編碼器模型，學(xué)習(xí)混沌序列的生成規(guī)則，取代線性解微分方程的低效混沌序列生成，通過大量的混沌序列訓(xùn)練資料，訓(xùn)練模型表現(xiàn)能力和泛化能力，能有效提升混沌序列的生成效率，并保證傳輸性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于變分自編碼器的混沌加密方法、應(yīng)用、計(jì)算機(jī)設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，屬于通信傳輸技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著5G網(wǎng)絡(luò)，大數(shù)據(jù)，以及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)容量和效率的要求不斷提高。無源光接入網(wǎng)(PON)是通信物理層數(shù)據(jù)傳輸重要組成部分，下行信號(hào)傳輸為廣播模式，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容易遭受非法用戶的竊聽和攻擊，為了提高PON數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕虼嘶谖锢韺覲ON的數(shù)據(jù)安全技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。

混沌安全通信是通過采用混沌模型生成混沌序列，并根據(jù)混沌序列對(duì)通信系統(tǒng)中信號(hào)進(jìn)行掩蓋加密。在光通信系統(tǒng)中，混沌偽隨機(jī)性以及初值敏感性是混沌模型安全性的主要保障。然而，混沌序列的模型是通過線性迭代微分方程計(jì)算得到，其串行計(jì)算通常需要較多的運(yùn)算資源，隨著混沌序列數(shù)量需求的增加，混沌通信加密方案的效率會(huì)受到一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于變分自編碼器的混沌加密方法、應(yīng)用、計(jì)算機(jī)設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，基于變分自編碼器的混沌加密方法能有效提升混沌序列的生成效率，并保證傳輸性能，并將其應(yīng)用在正交頻分復(fù)用無源光接入(OFDM-PON)系統(tǒng)中，能有效提高OFDM-PON系統(tǒng)的安全性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明提供了一種基于變分自編碼器的混沌加密方法，包括：

所述變分自編碼器模型包括編碼器網(wǎng)絡(luò)和解碼器網(wǎng)絡(luò)，編碼器網(wǎng)絡(luò)包括交替設(shè)置的殘差連接塊和自注意力層，解碼器網(wǎng)絡(luò)塊包括卷積層以及設(shè)置在每個(gè)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(shù)據(jù)輸入到預(yù)訓(xùn)練的變分自編碼器模型中進(jìn)行重構(gòu)處理，輸出重構(gòu)混沌序列；

根據(jù)獲得的重構(gòu)混沌序列對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行相位掩蓋加密和頻率掩蓋加密；

所述重構(gòu)混沌序列包括能對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行相位掩蓋的第一混沌序列和對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率掩蓋的第二混沌序列。

進(jìn)一步的，所述變分自編碼器模型的訓(xùn)練方法包括：

獲取訓(xùn)練用的原始序列；

將獲取的原始序列輸入到編碼器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)偏差和平均值向量；

將中間序列輸入到解碼器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼處理，通過設(shè)置可調(diào)節(jié)訓(xùn)練周期進(jìn)行迭代訓(xùn)練使得模型損失函數(shù)收斂，并輸出重構(gòu)序列，完成變分自編碼器模型的訓(xùn)練。

進(jìn)一步的，所述編碼器網(wǎng)絡(luò)包括1個(gè)卷積層、3個(gè)殘差連接塊和2個(gè)自注意力層；

輸入的原始序列先經(jīng)過卷積層進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處理，并采用ReLu函數(shù)作為激活函數(shù)，然后經(jīng)過交替設(shè)置的3個(gè)殘差連接塊和2個(gè)自注意力層進(jìn)行降維處理，最后輸出低維的中間序列。

進(jìn)一步的，所述卷積核大小為5，步長(zhǎng)為2。