專利名稱:基于混沌序列映射的oofdm加密系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于混沌序列映射的OOFDM加密系統(tǒng)。本實(shí)用新型包括基于混沌序列映射加密的光發(fā)射模塊、光纖傳輸模塊和基于混沌序列映射解密的光接收模塊，光發(fā)射模塊、光纖傳輸模塊和光接收模塊依次連接?；诨煦缧蛄杏成浼用艿墓獍l(fā)射模塊包括混沌加密單元和OFDM調(diào)制單元；其中混沌加密單元通過OFDM調(diào)制單元與光纖傳輸模塊一端相連接；基于混沌序列映射解密的光接收模塊包括混沌解密單元和OFDM解調(diào)單元；光纖傳輸模塊另一端通過OFDM解調(diào)單元與混沌解密單元相連接。發(fā)明充分利用混沌系統(tǒng)對(duì)初值敏感性的特點(diǎn)，極大的提高了加密的安全性，同時(shí)較好地保持OFDM調(diào)制的正交性同時(shí)，降低了因加密而帶來(lái)的系統(tǒng)性能的損傷。
【專利說(shuō)明】
基于混沌序列映射的OOFDM加密系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及光通信加密技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種基于混沌序列映射的OOFDM加密系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，人們對(duì)通信速率的要求越來(lái)越高。隨著以數(shù)據(jù)通信和圖像通信為主的第四代移動(dòng)通信的應(yīng)用，光纖通信成為了移動(dòng)通信的主要方式。光正交頻分復(fù)用(Optical Orthogonal Frequency Divis1n Multiplexing，00FDM)技術(shù)作為一種可以有效對(duì)抗信號(hào)波形干擾的光通信技術(shù)，引起了廣泛的關(guān)注。同時(shí)，針對(duì)0(FDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密也成為了 00FDM系統(tǒng)應(yīng)用中不得不解決的一個(gè)問題。
[0003]近年來(lái)，混沌加密得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。由于混沌信號(hào)具有隨機(jī)特性，對(duì)初始條件的敏感依賴性和類似噪聲的寬功率譜密度，使得混沌信號(hào)很難被破譯;此外，利用混沌電路實(shí)現(xiàn)保密通信，可用簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)基本的加密功能的同時(shí)還使得信號(hào)的頻譜得以擴(kuò)展等。混沌序列的這些特性使得混沌加密在信息加密領(lǐng)域中的地位越來(lái)越重要。
[0004]經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，X1anan Hu等人在IEEE光子技術(shù)快報(bào)(Photonics TechnologyLetters)雜志上發(fā)表了題為，，Chaos-Based Partial Transmit Sequence Technique forPhysical Layer Security in 0FDM-P0N”的文章。該論文中，作者采用四維的混純系統(tǒng)，以混沌系統(tǒng)的初始值作為秘鑰，產(chǎn)生混沌序列來(lái)控制OFDM調(diào)制中正交振幅調(diào)制(QAM)的相位因子，實(shí)現(xiàn)了對(duì)OFDM傳輸系統(tǒng)物理層的加密。然而，該方案采用四維的混沌系統(tǒng)對(duì)QAM映射的相位因子進(jìn)行加密，四維混沌序列的使用一方面增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，另一方面QAM映射相位因子的改變也會(huì)在一定程度上破壞了 OFDM信號(hào)的正交性，因而在一定程度上將會(huì)引起系統(tǒng)性能的降低，調(diào)成成本的增加以及系統(tǒng)效率的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于混沌序列映射的00FDM加密系統(tǒng)。
[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案具體如下:
[0007]本實(shí)用新型包括基于混沌序列映射加密的光發(fā)射模塊、光纖傳輸模塊和基于混沌序列映射解密的光接收模塊，其特征在于光發(fā)射模塊、光纖傳輸模塊和光接收模塊依次連接；
[0008]所述基于混沌序列映射加密的光發(fā)射模塊包括混沌加密單元和OFDM調(diào)制單元;其中混純加密單元通過OFDM調(diào)制單元與光纖傳輸模塊一端相連接；
[0009]所述基于混沌序列映射解密的光接收模塊包括混沌解密單元和OFDM解調(diào)單元;光纖傳輸模塊另一端通過OFDM解調(diào)單元與混沌解密單元相連接；
[0010]所述的混沌加密單元的加密過程具體如下:
[0011]首先確定加密秘鑰的加密密鑰值，然后將加密密鑰值輸入混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生混沌信號(hào)序列流;混沌信號(hào)序列流經(jīng)過二值生成器產(chǎn)生二值序列;對(duì)二值序列和原始數(shù)據(jù)信號(hào)流進(jìn)行混沌加密，經(jīng)過加密后進(jìn)行QAM映射后生成映射數(shù)據(jù)流，映射數(shù)據(jù)流依次經(jīng)過OFDM調(diào)制單元、光纖傳輸模塊和OFDM解調(diào)單元后生成解調(diào)后未解密的數(shù)據(jù)流；
[0012]所述的二值序列和原始數(shù)據(jù)信號(hào)流的加密采用異或加密方法；
[0013]所述的混沌解密單元的解密過程具體如下:
[0014]所述基于OFDM QAM映射的混沌解密單元包括加密秘鑰，然后將加密密鑰值輸入混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生混沌信號(hào)序列流;混沌信號(hào)序列流經(jīng)過二值生成器產(chǎn)生解密二值序列；將解調(diào)后未解密的數(shù)據(jù)流去映射獲取取映射后未解密的數(shù)據(jù)流;將解密二值序列和去映射后未解密的數(shù)據(jù)流進(jìn)行異或，從而恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)信號(hào)流。
[0015]所述的光纖傳輸模塊包括激光器、光調(diào)制器、光纖和光電探測(cè)器;且激光器、光調(diào)制器、光纖和光電探測(cè)器依次連接;激光器發(fā)射激光至光調(diào)制器，光調(diào)制器將OFDM調(diào)制單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流調(diào)制到激光器產(chǎn)生的光載波上，然后通過光纖傳輸至光電探測(cè)器。
[0016]所述OFDM調(diào)制單元用于調(diào)制混沌加密單元加密后的數(shù)據(jù)流，具體的包括QAM映射，導(dǎo)頻的插入，IFFT變換，添加循環(huán)前綴，P/S和D/A轉(zhuǎn)換。
[0017]所述OFDM解調(diào)單元用于解調(diào)經(jīng)過光電探測(cè)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，具體的包括S/P和A/D轉(zhuǎn)換，移除循環(huán)前綴，F(xiàn)FT變換，導(dǎo)頻信道估計(jì)、信道均衡和去映射。
[0018]混沌信號(hào)發(fā)生器指確定的混沌系統(tǒng)，包括Logistic混沌系統(tǒng)、Henon混沌系統(tǒng)和Lorenz混純系統(tǒng)等，其中混純信號(hào)發(fā)生器優(yōu)選Logistic混純系統(tǒng)，具體的:
[0019]Logistic混沌系統(tǒng)的迭代形式表示如下
[0020]Xn+l = f (Xn) = μ*Χη*( 1-Xn)
[0021]其中XQe(0，l)，系統(tǒng)參數(shù)，μΕ[0，4]，當(dāng)3.5699<μ<4時(shí)，該Logistic 混沌系統(tǒng)處于穩(wěn)定的混純狀態(tài);3.5699 < μ < 4被稱為L(zhǎng)ogistic映射的混純區(qū)域，此時(shí)產(chǎn)生的混純序列定義在區(qū)間(0，1)上。
[0022]優(yōu)選的，光纖傳輸模塊中的激光器用來(lái)產(chǎn)生光載波。
[0023]優(yōu)選的，混沌信號(hào)發(fā)生器采用的混沌系統(tǒng)可以是一維的，也可以是多維的，本實(shí)用新型中采用一維的logistic映射，在滿足加密需求的同時(shí)又可以提高系統(tǒng)效率。
[0024]優(yōu)選的，基于OFDMQAM映射的混沌加密單元中的二值生成器用來(lái)將生成的混沌序列轉(zhuǎn)換成O或I這兩個(gè)值，和原始信號(hào)相互作用后產(chǎn)生加密信號(hào)。
[0025]優(yōu)選的，OFDM調(diào)制單元的QAM映射可采用16QAM調(diào)制，可為4、16、64等不限于此值，可以為任意的高階調(diào)制方式。
[0026]優(yōu)選的，0FDM調(diào)制單元的插入導(dǎo)頻用來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)。
[0027]優(yōu)選的OFDM調(diào)制單元中加入循環(huán)前綴用來(lái)克服載波多徑而產(chǎn)生的色散的影響。
[0028]優(yōu)選的，光電探測(cè)器用來(lái)接收光纖傳輸信道中的光信號(hào)。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0030]I)本加密方案簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，僅需要OFDM信號(hào)的映射前加以操作，可能較好的使用在高速率、大容量傳輸?shù)?0FDM系統(tǒng)中；
[0031]2)由于混沌系統(tǒng)的初值敏感性，保證了秘鑰容量的無(wú)窮大，本專利可以極大的降低了加密信息被破解的可能；
[0032]3)本加密方案采用異或操作和混沌序列碼雙重加密方案，可在一定程序上提高系統(tǒng)的安全性。
[0033]4)本加密方案僅需在數(shù)字域操作，硬件方面易于操作，從而其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。
[0034]綜上所述，本實(shí)用新型的目的是提供一種安全性好，系統(tǒng)效率高的基于混沌序列映射的OOFDM加密系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】

[0035]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0036]圖1為基于混純序列映射的OOFDM通信系統(tǒng)流程示意圖；
[0037]圖2為基于OFDMQAM映射的混沌加密單元示意圖；
[0038]圖3(a)和3(b)為對(duì)OFDM調(diào)制單元的Q艦映射加密后效果示意圖；
[0039]圖4為基于OFDM QAM映射的混沌解密單元示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0041]本實(shí)用新型充分利用混沌序列的初值敏感性和不可預(yù)測(cè)性的特點(diǎn)以及高速數(shù)字處理的異或操作，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的雙重加密，可在一定程度上提高OOFDM系統(tǒng)加密的安全性，降低信息泄露的風(fēng)險(xiǎn);此外，對(duì)0(FDM的QAM映射部分進(jìn)行加密，算法簡(jiǎn)單，硬件方面易于實(shí)現(xiàn)。
[0042]如圖1所示，本實(shí)用新型包括基于混沌序列映射加密的光發(fā)射模塊、光纖傳輸模塊和基于混沌序列映射解密的光接收模塊，其特征在于光發(fā)射模塊、光纖傳輸模塊和光接收模塊依次連接；
[0043]所述基于混沌序列映射加密的光發(fā)射模塊包括混沌加密單元和OFDM調(diào)制單元;其中混純加密單元通過OFDM調(diào)制單元與光纖傳輸模塊一端相連接；
[0044]所述基于混沌序列映射解密的光接收模塊包括混沌解密單元和OFDM解調(diào)單元;光纖傳輸模塊另一端通過OFDM解調(diào)單元與混沌解密單元相連接；
[0045]如圖2所示，混沌加密單元的加密過程具體如下:
[0046]首先確定加密秘鑰的加密密鑰值，然后將加密密鑰值輸入混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生混沌信號(hào)序列流;混沌信號(hào)序列流經(jīng)過二值生成器產(chǎn)生二值序列;對(duì)二值序列和原始數(shù)據(jù)信號(hào)流進(jìn)行混沌加密，經(jīng)過加密后進(jìn)行QAM映射后生成映射數(shù)據(jù)流，映射數(shù)據(jù)流依次經(jīng)過OFDM調(diào)制單元、光纖傳輸模塊和OFDM解調(diào)單元后生成解調(diào)后未解密的數(shù)據(jù)流;本實(shí)用新型中混沌信號(hào)發(fā)生器采用一維的Logistic映射，加密秘鑰為L(zhǎng)ogistic的初始值，初始值的微小差異會(huì)導(dǎo)致混沌系統(tǒng)的巨大差異，從而保證了加密秘鑰的不可窮舉行。Logistic混沌系統(tǒng)產(chǎn)生在O到I之間的混沌序列，經(jīng)過所述二值生成器后生成O，I序列流;QAM映射加密部分主要由加密算法和映射組成。具體的加密算法可以有多種，本實(shí)用新型中采用異或算法，即將原始信號(hào)和經(jīng)過二值生成器后產(chǎn)生的0，1數(shù)據(jù)流進(jìn)行異或運(yùn)算。從而對(duì)原始信號(hào)經(jīng)行加密。
[0047]混沌信號(hào)發(fā)生器指確定的混沌系統(tǒng)，包括Logistic混沌系統(tǒng)、Henon混沌系統(tǒng)和Lorenz混沌系統(tǒng)，其中混沌信號(hào)發(fā)生器優(yōu)選Logistic混沌系統(tǒng)，具體的:
[0048]Logistic混沌系統(tǒng)的迭代形式表示如下
[0049]Xn+l = f (Xn) = μ*Χη*( 1-Xn)
[0050]其中XQe(0，l)，系統(tǒng)參數(shù)，μΕ[0，4]，當(dāng)3.5699<μ<4時(shí)，該Logistic 混沌系統(tǒng)處于穩(wěn)定的混純狀態(tài);3.5699 < μ < 4被稱為L(zhǎng)ogistic映射的混純區(qū)域，此時(shí)產(chǎn)生的混純序列定義在區(qū)間(0，1)上。
[0051]所述的二值序列和原始數(shù)據(jù)信號(hào)流的加密采用異或加密方法；
[0052]混沌解密單元的解密過程具體如下:
[0053]所述基于OFDM QAM映射的混沌解密單元包括加密秘鑰，然后將加密密鑰值輸入混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生混沌信號(hào)序列流;混沌信號(hào)序列流經(jīng)過二值生成器產(chǎn)生解密二值序列；將解調(diào)后未解密的數(shù)據(jù)流去映射獲取取映射后未解密的數(shù)據(jù)流;將解密二值序列和去映射后未解密的數(shù)據(jù)流進(jìn)行異或，從而恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)信號(hào)流。
[0054]所述的光纖傳輸模塊包括激光器、光調(diào)制器、光纖和光電探測(cè)器;且激光器、光調(diào)制器、光纖和光電探測(cè)器依次連接;激光器發(fā)射激光至光調(diào)制器，光調(diào)制器將OFDM調(diào)制單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流調(diào)制到激光器產(chǎn)生的光載波上，然后通過光纖傳輸至光電探測(cè)器。
[0055]如圖3(a)和3(b)所示，所述OFDM調(diào)制單元用于調(diào)制混沌加密單元加密后的數(shù)據(jù)流，具體的包括QAM映射，導(dǎo)頻的插入，IFFT變換，添加循環(huán)前綴，P/S和D/A轉(zhuǎn)換。且OFDM調(diào)制單元的QAM映射加密后將會(huì)改變?cè)紨?shù)據(jù)映射的相位，使得相位變的沒有規(guī)律可循，從而增強(qiáng)了信息的安全性。效果如圖3所示。
[0056]所述OFDM解調(diào)單元用于解調(diào)經(jīng)過光電探測(cè)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，具體的包括S/P和A/D轉(zhuǎn)換，移除循環(huán)前綴，F(xiàn)FT變換，導(dǎo)頻信道估計(jì)、信道均衡和去映射。
[0057]進(jìn)一步的，基于QAM映射的混沌序列解密單元和加密單元大同小異，如圖4所示。具體包括混沌序列生成部分和QAM映射解密部分?；煦缧蛄猩刹糠志唧w工作流程見上文，此處不再累述。需要注意的是加密秘鑰和所使用的混沌系統(tǒng)必須和基于QAM映射的混沌序列加密單元部分的完全相同。QAM映射解密部分將經(jīng)過光電檢測(cè)器和OFDM解調(diào)單元后得到的信號(hào)和產(chǎn)生的混沌序列0，1流再次進(jìn)行異或處理便可以恢復(fù)出來(lái)原始信號(hào)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于混沌序列映射的OOFDM加密系統(tǒng)，包括基于混沌序列映射加密的光發(fā)射模塊、光纖傳輸模塊和基于混沌序列映射解密的光接收模塊，其特征在于光發(fā)射模塊、光纖傳輸模塊和光接收模塊依次連接； 所述基于混沌序列映射加密的光發(fā)射模塊包括混沌加密單元和OFDM調(diào)制單元;其中混純加密單元通過OFDM調(diào)制單元與光纖傳輸模塊一端相連接； 所述基于混沌序列映射解密的光接收模塊包括混沌解密單元和OFDM解調(diào)單元;光纖傳輸模塊另一端通過OFDM解調(diào)單元與混純解密單元相連接； 所述的混沌加密單元的加密過程具體如下: 首先確定加密秘鑰的加密密鑰值，然后將加密密鑰值輸入混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生混沌信號(hào)序列流;混沌信號(hào)序列流經(jīng)過二值生成器產(chǎn)生二值序列;對(duì)二值序列和原始數(shù)據(jù)信號(hào)流進(jìn)行混沌加密，經(jīng)過加密后進(jìn)行QAM映射后生成映射數(shù)據(jù)流，映射數(shù)據(jù)流依次經(jīng)過OFDM調(diào)制單元、光纖傳輸模塊和OFDM解調(diào)單元后生成解調(diào)后未解密的數(shù)據(jù)流； 所述的二值序列和原始數(shù)據(jù)信號(hào)流的加密采用異或加密方法； 所述的混沌解密單元的解密過程具體如下: 所述基于OFDM QAM映射的混沌解密單元包括加密秘鑰，然后將加密密鑰值輸入混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生混沌信號(hào)序列流;混沌信號(hào)序列流經(jīng)過二值生成器產(chǎn)生解密二值序列；將解調(diào)后未解密的數(shù)據(jù)流去映射獲取取映射后未解密的數(shù)據(jù)流;將解密二值序列和去映射后未解密的數(shù)據(jù)流進(jìn)行異或，從而恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)信號(hào)流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌序列映射的OOFDM加密系統(tǒng)，其特征在于光纖傳輸模塊包括激光器、光調(diào)制器、光纖和光電探測(cè)器;且激光器、光調(diào)制器、光纖和光電探測(cè)器依次連接;激光器發(fā)射激光至光調(diào)制器，光調(diào)制器將OFDM調(diào)制單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流調(diào)制到激光器產(chǎn)生的光載波上，然后通過光纖傳輸至光電探測(cè)器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于混沌序列映射的OOFDM加密系統(tǒng)，其特征在于所述OFDM調(diào)制單元用于調(diào)制混沌加密單元加密后的數(shù)據(jù)流。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于混沌序列映射的OOFDM加密系統(tǒng)，其特征在于所述OFDM解調(diào)單元用于解調(diào)經(jīng)過光電探測(cè)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流。5.根據(jù)權(quán)利2所述的基于混沌序列映射的OOFDM加密系統(tǒng)，其特征在于混沌信號(hào)發(fā)生器指確定的混純系統(tǒng)，包括Logistic混純系統(tǒng)、Henon混純系統(tǒng)和Lorenz混純系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利5所述的基于混沌序列映射的OOFDM加密系統(tǒng)，其特征在于混沌信號(hào)發(fā)生器指Logistic混純系統(tǒng)，具體的: Logistic混沌系統(tǒng)的迭代形式表示如下Xn+l = f (Xn) =μ*Χη* (1-Xn) 其中XQe (O，I)，系統(tǒng)參數(shù)，ye [O，4]，當(dāng)3.5699 <μ< 4時(shí)，該Logistic混沌系統(tǒng)處于穩(wěn)定的混純狀態(tài);3.5699 < μ < 4被稱為L(zhǎng)ogistic映射的混純區(qū)域，此時(shí)產(chǎn)生的混純序列定義在區(qū)間(0，1)上。
【文檔編號(hào)】H04L9/00GK205725790SQ201620213935
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】畢美華, 王曉亮, 趙志偉, 李躍新, 牟小華, 楊國(guó)偉, 周雪芳, 魏振, 魏一振, 李齊良
【申請(qǐng)人】杭州電子科技大學(xué)