[发明专利]一种基于复合混沌系统与异或运算的OFDM加密方法

说明书

本发明公布了一种基于复合混沌系统与异或运算的OFDM加密方法。通过将Logistic映射、Sine映射与tent映射结合，构造出新的复合离散混沌系统，并且运用新系统产生的混沌序列对OFDM通信系统QAM映射后的复数符号进行双重加密，首先采用按位异或操作，其次采用扰乱矩阵进行扰乱，经过第一次加密后，QAM映射后的星座图由原来的16点变为49个星座点，起到了明显的混淆作用；第二次加密后，对第一次加密后的星座点进行进一步的打乱，在接收端根据相同的混沌序列进行逆运算进行解密，解密后误码率在可以接受的范围内。本加密方案可以根据发送数据的大小动态调整扰乱矩阵的大小、灵活性高，能够有效防暴力攻击。

技术领域

本发明涉及保密通信领域，具体地说是一种基于复合混沌系统与异或运算的OFDM加密方法。

背景技术

正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)已经广泛应用于现代无线技术通讯网络中，传统的OFDM信号由于其独特的时间和频率特性而易受恶意窃听的影响，混沌系统已成功应用于无线系统、多媒体等方面，用来提高系统的安全性，如混沌加扰、混沌星座操作、以及混沌IQ加密技术等，基于混沌的通信系统由于其鲁棒性和安全性备受关注，混沌系统的研究推动了保密通信的发展。

现有的混沌映射可以分为两类：一维(1D)混沌映射和高维(HD)混沌映射，一维混沌映射的例子包括Logistic，Sine和Chebyshev映射，通常高维混沌结构比一维结构更加复杂，实现起来更加困难，通过对简单一维混沌映射进行改进使混沌系统能够在有限的区域内均匀分布，能够提升加密性能，因此，改进简单的一维混沌系统用于加密也是较好的选择，基于保密通信的理论研究，已经提出了几种基于OFDM的安全技术，例如基于混沌编码的正交幅度调制(QAM)的加密方法，基于伪随机星座旋转与插入人工噪声的加密方案等，上述的方法中所用的混沌映射形式相对简单，而且插入人工噪声的方式会使信道的资源利用率降低。再比如利用无线信道的相互性、位置相关和时变的特性，提出了一种通过动态子载波坐标交织的新型反窃听OFDM系统，此外还可以采用发送波束成形，人工噪声和协作发送来提高基于OFDM传输的安全性，但是这些加密技术可能还需要额外的资源，如协作终端、信道资源和多个天线，这些基于数字混沌系统的方法由于具有显著的伪随机特性，差别很小的初始条件产生的混沌序列轨迹将快速发散并且从不重复。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于复合混沌系统与异或运算的OFDM加密方法，利用复合混沌系统生成伪随机混沌序列，经过对OFDM系统中QAM映射后的复数矩阵提取实部和虚部，与混沌序列分别进行异或运算实现第一次加密，使用不同的混沌序列生成扰乱矩阵进行二次加密，该双重加密方法可以有足够大的密钥空间以防止暴力攻击。本发明提出了一种基于复合混沌系统与异或运算的OFDM加密方法，其技术方案为：

一种基于复合混沌系统与异或运算的OFDM加密方法，包括以下步骤：

步骤一：构建OFDM通信系统加密过程中所用的复合混沌系统，将Logistic映射、Tent映射、Sine映射相结合得到复合混沌系统的映射方程，输入不同的参数产生不同混沌序列X₁～X₈，对混沌序列进行非线性运算的处理，最终得到加密过程中所需要的密钥；

步骤二：采用混沌异或方法对OFDM通信系统中的QAM符号加密；

步骤三：采用加密的逆运算对OFDM通信系统中的QAM符号解密。

所述步骤一具体表述为：

1.1)将Logistic映射、Tent映射、Sine映射相结合得到复合混沌系统的映射方程如公式(1)所示，

式中，x_n+1表示第n+1次迭代的混沌序列，x_n表示第n次迭代的混沌序列，μ表示控制参数，μ∈[0,2]；