[发明专利]一种生成变参数混沌信号的方法及混沌保密通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及信息安全领域中的密码生成技术，更具体地说，涉及一种生成变参数混沌信号的方法及混沌保密通信系统。

背景技术

最近几年，混沌开始被应用于保密通信领域，混沌是确定性系统中由于内在随机性而产生的外在复杂表现，是一种貌似随机的非随机运动。由于混沌信号具有遍历性、宽带性、类噪声、对初始条件的敏感性、快速衰减的自相关和微弱的互相关性等特点，从而为实现保密通信提供了丰富的机制和方法。

混沌密码或保密通信系统的分析方法主要有：统计分析、频谱分析(包括傅立叶变换和小波变换等)和混沌时间序列分析。前两者都是传统的信号分析手段，而近二十年发展起来的混沌时间序列分析已经成为对混沌密码或保密通信系统进行分析的主要手段。它通过对混沌映射产生的时间序列进行相空间重构分析，利用数值计算估计出混沌映射的宏观特征量，从而为进一步的非线性预测(包括基于神经网络或模糊理论的预测模型)提供模型参数。目前，已经存在对混沌信号进行重构攻击的有效方法；采用非线性预测技术可以实现对几乎所有低维混沌映射的有效攻击。为此，人们主要采用高维混沌映射来提高安全性。但是，高维混沌映射由于其复杂性又使其实现起来较为困难。

文献“基于可变参数混沌的序列密码的设计”(计算机工程，2001年第27卷第9期)提出了一种时变参数的混沌保密通信方案，通过一个外加的m序列改变混沌映射的参数来达到防止非线性预测的目的。但由于m序列具有很强的线性性质，使得混沌映射参数变化的规律性强，使用神经网络等技术仍然可以对其进行有效的预测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生成变参数混沌信号的方法，该方法可以能够有效抵御非线性预测技术的分析；本发明还提供了利用该方法所生成的变参数混沌信号生成伪随机序列的方法，以及进行同步处理和加解密的方法；本发明进一步提供了一种混沌保密通信系统。

本发明提供的生成变参数混沌信号的方法，包括以下步骤：

①选择n组混沌映射参数，构成混沌映射的参数集，n为正整数；将具有n个状态的伪随机序列和混沌映射的n组参数一一对应；

②根据产生的伪随机序列的当前状态在混沌映射的参数集中选择相应的一组参数取代混沌映射中此前的参数，使用混沌映射生成变参数混沌信号。

利用上述生成变参数混沌信号生成伪随机序列的方法，还包括：对步骤②得到的变参数混沌信号进行采样，再对采样后的数字信号进行编码，得到服从均匀分布的数字序列，输出得到伪随机序列。

利用上述生成变参数混沌信号方法进行保密通信的方法，其步骤为：

(A1)通信双方事先约定，使用相同的混沌映射生成混沌信号，使得通信双方的变参数混沌信号趋于同步；

(A2)在通信双方所生成混沌信号达到同步后，分别通过一个相同的伪随机信号实时改变上述混沌映射的参数；通信双方事先确定相同的混沌映射参数集，对上述伪随机信号进行处理，使得该伪随机信号的状态与参数集中的元素一一对应，根据伪随机信号的状态选择相应的参数用于混沌映射生成混沌信号。

利用上述生成变参数混沌信号方法进行加解密的方法，发送方还包括步骤(C1)至(C2)，接收方还包括步骤(D1)至(D3)：

(C1)发送方对经过上述同步处理后的变参数混沌信号进行采样和模数转换，进行模数转换时的最小量化间隔大于同步误差的两倍；

(C2)每对上述变参数混沌信号进行一次采样和模数转换后，对转换后得到的二进制数字值进行编码得到单位长度的密钥序列，将单位长度的密钥序列对单位长度的明文序列进行加密得到单位长度的密文序列；将模数转换后所得的二进制数字值的最后一位记为x，将x与单位长度的密文序列一起构成一个数据帧发送到接收方；

(D1)接收方将产生的变参数混沌信号减去一个固定值，该固定值的大小等于同步误差；然后对经过上述处理的变参数混沌信号进行采样和模数转换，采样的时刻与发送方相同，进行模数转换时的最小量化间隔与发送方相同；

(D2)接收方每收到一个数据帧后，从其中分别提取单位长度的密文序列和x；

(D3)接收方提取模数转换后得到二进制数字序列的最后一位，此处记为y，对x和y进行异或操作后所得的值与模数转换所得的二进制值进行相加；将所得的二进制值进行编码操作后得到单位长度的密钥序列；使用该单位长度的密钥序列对步骤(D2)中提取的单位长度的密文序列进行解密得到单位长度的明文序列。

本发明提供的混沌保密通信系统，包括混沌信号产生模块、模数转换模块、参数变换模块、编码模块、多路选择开关、加解密模块、密文数据缓存、明文数据缓存和控制模块；