[发明专利]一种无线通信携数据AN辅助安全传输方法及应用

说明书

本发明属于卫星安全通信技术领域，公开了一种无线通信携数据AN辅助安全传输方法及应用，使用混沌伪随机序列打乱原始离散傅里叶变换DFT矩阵中的列向量，改变WFRFT的固有周期；混沌扰码WFRFT矩阵的列与反变换矩阵的行具有正交性，利用混沌扰码WFRFT的不同列对不同信号进行处理，并将其作为携数据AN进行传输；同时，将一组额外的AN同样使用混沌扰码WFRFT的列进行处理后一并发送。本发明利用混沌系统产生伪随机序列来调整原始DFT乘子，实现子载波频率的跳变，有效对抗外界干扰或他方截获；构建的混沌扰码WFRFT组合信号的星座图产生随机分裂、旋转和扩散，规避基于谱特征识别手段的截获；规避基于能量和匹配滤波方法的检测。

技术领域

本发明属于卫星安全通信技术领域，尤其涉及一种无线通信携数据AN辅助安全传输方法及应用。

背景技术

目前，卫星通信具有通信覆盖区域大、工作频带宽、传输距离远以及通信容量大等优势，因而在军事通信和民用通信中均得到广泛的应用。美军先后发展了宽带全球卫星系统(WGS)、舰队卫星通信系统(FLTSATCOM)和特高频后续星(UFO)等通信系统，同时还开发了用于部署军用大型卫星星座的“国防太空架构”(NDSA)和受保护的军事星(MilStar)系统以保证核战争下的三军保密通信。在民用领域，以美国ViaSat-2通信系统、俄罗斯Express系列卫星、英国Skynet-6卫星通信系统和我国“鸿雁”卫星通信系统为代表的高通量卫星通信系统正在迅速发展，并逐步开始向航班提供WiFi服务。此外，随着5G技术的部署和未来通信网络的发展，星地混合网络将成为卫星通信的一个重要演进方向，军民集成的统一卫星通信体系架构正在加快建成。然而，不论是传统的卫星通信系统还是新兴的天地一体化通信网络，由于无线信道的开放性和广播性，使得网路中传输的信号极易受到非法窃听或恶意攻击等威胁。因此，各国围绕卫星通信进行的窃听、破译、截获等方面的攻防对抗从未停止，而且有愈演愈烈的趋势，研究保护信息安全和抵抗恶意攻击的卫星抗截获通信技术对于保证国家、军事信息安全和个人隐私安全至关重要。

当前保证卫星通信信息安全的主流方法是以互联网安全联盟和密钥管理协议、IP安全协议以及验证、鉴权和记账协议等为代表的加密和认证技术等，主要依托网络层和应用层等实现。此外，在卫星通信信号的抗截获与抗干扰设计方面，一般以扩频体制为主，其它手段为辅，相互结合增强无线信号的安全性和保密性。近年来，为了进一步提高无线系统的安全性，一些新的抗截获通信技术也相继出现，如混沌通信、认知无线电、变换域通信、流星余迹通信等。

传统加密手段主要是通过不断增加密钥的长度和提高加解密算法的复杂度来增强通信的保密性，但这种安全仅仅是一种“相对意义”的安全。首先，算法复杂度的不断提高会增加接收方的接收负担，在一定程度上影响信号传输的可靠性；此外，此类方法保证信息安全的基础是窃听方需要花费高昂代价(时间资源、计算资源等)对加密信息进行破解。然而，随着终端的数据处理能力不断升级，尤其是近年出现的量子计算机，打破了传统意义上的运算实现方式，使得基于计算量的信息加密安全机制受到严峻挑战。另一方面，在卫星抗截获信号特征研究与保护以及对它方的抗干扰设计中，主要以传统直接序列扩频和跳频技术为主，而针对上述方法的侦听和捕获技术日新月异，使得传统卫星安全通信体制容易遭到破坏，其可靠性和有效性受到越来越大的威胁。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)传统加密手段算法复杂度的不断提高增加接收方的接收负担和额外开销影响信号传输的可靠性。

(2)在卫星抗截获信号特征研究与保护以及对它方的抗干扰设计中，随着侦听和捕获技术日新月异，使得传统卫星安全通信体制容易遭到破坏，其可靠性和有效性受到越来越大的威胁。

(3)目前关于扩频、数字水印以及变换域预处理等隐蔽手段的研究相对孤立，缺乏各技术之间的联合设计与考虑，无法兼顾安全性和可靠性。

解决以上问题及缺陷的难度为：克服传统加密方案的局限性，这就需要从物理层出发，基于信息安全理论设计出不依靠密钥实现保密通信的传输方案，并验证方案的正确性和可行性。