[发明专利]一种重构混沌序列多层加密方法

说明书

本发明公开了一种重构混沌序列多层加密方法，利用DNA编码、碱基互补配对和DNA解码对一维逻辑混沌映射生成的混沌序列进行分块变换，得到重构后的混沌序列；再将经过QAM映射、子载波分配后的QAM符号用矩阵表示，用重构的混沌序列对矩阵进行混合混沌置乱扩散，动态约瑟夫斯置乱加密后发送至接收端；具体的讲，通过对混沌序列进行不同的分块，完成DNA重构混沌序列，可以增加混沌序列的随机性和抵御攻击者的能力，经过两层加密使得置乱单位不再局限于符号，并且与明文相关的扩散，增加非法攻击者窃取有效信息的难度。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种重构混沌序列多层加密方法。

背景技术

混沌效应是一种无序的动力学行为，但其无序中蕴含着有序，这正是其特殊之处。混沌行为有很多良好的特性，如混沌迭代过程无序，不可预测；输入和局部区域的小偏差会引起整个空间的变化；一个确定的过程能产生伪随机特性；一个简单过程具有非常复杂的动力学行为。而加密理论的要求是：混乱；明文与密钥之间的细微变化对密文的影响很大；确定的伪随机性；攻击复杂性。混沌的许多特性满足加密理论的要求，因此可以将混沌应用到保密通信中。

近年来，在OFDM-PON系统中采用了很多基于混沌的物理层加密方案，如星座点的置乱和排列技术(Amber Sultan,Xuelin Yang,Adnan A.E.Hajomer,Syed B.Hussain,andW.S.Hu,“Chaotic distribution of QAM symbols for secure OFDM signaltransmission,”Optical Fiber Technology,2019,47,61–65.)；基于帧交织的时频域变换(C.Zhang,Y.Yan,T.Wu,X.Zhang,G.Wen and K.Qiu,“Phase Masking and Time-FrequencyChaotic Encryption for DFMA-PON,”IEEE Photonics Journal,2018,10(4),1-9.)，对传输信号进行扰乱保证通信系统的安全性。目前也有很多多层的加密方案，如用多涡轮混沌系统对I/Q和QAM矩阵的列向量进行两层加密，实现了巨大的密钥空间。并且采用DFT预编码的方法来提高系统的PAPR性能(Yaoqiang Xiao,Zhiyi Wang,Jun Cao,Caixia Long,Yating Chen,Rui Deng,Jin Shi,Yi Liu,Jing He,“Two-level encryption forphysical-layer security in OFDM-PON based on multi-scrolls system,”OpticsCommunications,2019, 440,126-131.)。中国专利[201811512186.3]报道了一种混沌多级加密的方法，将 QAM矩阵划分为若干子矩阵，根据子矩阵的顺序，用不同的算法对其进行加密，验证了保密算法具有良好的通信性能。但是大部分方案只改变了符号到子载波或符号到时间的映射，QAM符号和QAM符号的分布没有改变，置乱对象相对单一。

脱氧核糖核酸(DNA)是一种包含四种核苷酸的分子，其中腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)和其他基本成分是核苷酸的主要成分。根据DNA 规则，A和T,C和G是互补对。DNA具有存储量大、并行量大、超低功耗等优点。针对DNA和混沌的特性，用混沌随机控制DNA编码和操作规则对传输数据位进行交叉加密，这种方法提高了混沌加密序列的复杂度和随机特性，增强了接入网物理层通信安全(C.Zhang,W.Zhang,C.Chen,X.He,and K.Qiu, “Physical-enhanced secure strategy for OFDMA-PON using chaos anddeoxyribonucleic acid encoding,”Journalof Lightwave Technology,2018,36(9),1706–1712.)。然而，DNA编码都是针对比特数据，将DNA编码用于混沌序列的重构还没有相关研究。因此，对重构混沌序列多层加密方法进行深入研究是很有必要的。

发明内容