一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法，通过一维logistic映射(混沌映射)得到导频副载波及前同步码的噪声信号即M+1个噪声QAM符号n1,n2,…,nM,nM+1、以及导频副载波的分布；根据导频副载波的分布进而得到N×N交换矩阵Msw。加密过程中，通过交换矩阵Msw将原始信号及噪声信号交换，使得原始信号中不仅插入了噪声信号，而且改变了原始信号的分布；在接收端，加载了噪声信号的前同步码及导频副载波采用发送端相反的方法，将原始信号恢复。本发明专利技术在加密过程当中，在有用信号中随机的加入了用于信号恢复的噪声信号，并将原有用信号本身进行了扰乱和重组，没有密钥的话，非法入侵者亦不能从加密信号中获取所有的有用信息。

【技术实现步骤摘要】
-种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法
本专利技术属于光通信
，更为具体地讲，涉及一种宽带接入网的噪声辅助加 密及信号恢复方法。
技术介绍
光0FDM无源光网络已经被广泛的研究，并作为下一代的宽带接入网候选技术，因 为这种调制技术具有高的频谱利用率，对于光纤色散的强鲁棒性，以及非常灵活的动态带 宽分配的优点。考虑到终端用户的数量飞快增长，这些用户不得不共享有限的带宽，因此在 接入网中，通信的隐秘性，私有性，安全性的缺乏已经成为现在通信安全的主要问题之一。 当前各种各样的加密技术已经被提出用来提高通信数据的安全性和完整性，并且 信息认证已经成为接入网中常用方法，用来阻止非法用户的侵入。大多数在物理子层上的 数据加密方法是集中于对二进制数据采用异或操作进行加密，然而，这些安全方法仅仅考 虑了对数据帧进行加密，而帧头及MAC地址都是不受保护的，这会使得非法用户很容易的 辨别出通信用户的MAC地址等相关信息，使得通信信息安全不可避免地出现了漏洞。针对 这一漏洞，物理层加密技术被提出，并受到了国内外学者的广泛关注。 近来，由于混沌通信技术产生的混沌信号具有类似噪声信号的特点，并对于变 量和参数的变化十分敏感，物理层的混沌通信技术得到了国内外学者的广泛研究。例如 2011 年，在文献[L. Zhang, X. Xin, B. Liu, and Y. Wang, Secure 0FDM-P0N based on chaos scrambling, IEEE Photon. Technol. Lett.，23 (14)，pp. 998 - 1000, 2011]中提出的加密方 案是基于介质访问控制层、利用交织进行的，但是由于加密方案的混沌同步的精准性特别 高，进而需要高成本的加密解密电路，增加了 OFDM Ρ0Ν的成本，方案无法广泛普及。在2013 年11月20日公布的、申请公布号为CN10341674A、名称为一种宽带接入网的加密方法中 提出的方案是在副载波中选取部分副载波用于噪声加载，该方法仅仅采用传统信号恢复算 法，噪声产生使用PRBS，在接收端直接去除，不用于任何信号恢复，且仅仅加入噪声改变原 信号，即在原信号中插入了噪声，直接去除噪声后就能得到原信号，故原信号的分布是没有 进行处理的，安全性有待进一步的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽带接入网的噪声辅助加密及 信号恢复方法，通过交换矩阵将原始信号和噪声信号交换，使原始信号中不仅插入了噪声 信号，而且改变原始信号的分布，加载了噪声信号的前同步码及导频副载波用于信号恢复， 从而提高了信号传输的安全性。 为实现上述专利技术目的，本专利技术， 其特征在于，包括以下步骤： (1)、构建一个密钥，密钥包括混沌序列初始值X(l以及M+2个整数&1，a 2，… ，％+1，％+2，其中，混沌序列初始值为大于〇而小于1的数； 构建一个噪声映射表，将（0，1)等分为N个子区域，依次从小到大，编号为1，2, ..，N，N为0FDM信号的副载波数，每个子区域对应一个比特数为η的噪声比特；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、构建一个密钥，密钥包括混沌序列初始值x0以及M+2个整数a1,a2,…,aM+1,aM+2，其中，混沌序列初始值x0为大于0而小于1的数；构建一个噪声映射表，将(0,1)等分为N个子区域，依次从小到大，编号为1,2,..,N，每个子区域对应一个比特数为n的噪声比特；(2)、在发送端，将密钥中的混沌序列初始值x0作为一维logistic映射：xt＝rxt‑1(1‑xt‑1)的初始值进行迭代，得到一个混沌序列，其中分岔参数r∈(0,4)，t为迭代次数；2.1)、将密钥中的前M+1个整数a1,a2,…,aM+1分别作为子序列在混沌序列中的起始位置，选取M+1个子序列：X1=[xa1,xa1+1,...xa1+w]X2=[xa2,xa2+1,...xa2+w]··XM=[xaM,xaM+1,...xaM+w-1]XM+1=[xaM+1,xaM+1+1,...xaM+1+p-1],]]>其中w=T×log2(m)np=U×log2(m)n]]>其中，下标w和p代表子序列的长度，T和U分别代表OFDM信号数据帧和前同步码中的OFDM符号总数，m是QAM映射的阶数；对于前M+1个子序列X1,X2,…,XM,XM+1，根据每个子序列中每个元素在噪声映射表中所在的子区域，选取对应的噪声比特即将每个子序列中的元素替换为噪声映射表中该元素所在子区域对应的噪声比特，得到M+1个噪声比特序列，然后分别进行正交振幅调制，得到M+1个噪声QAM符号n1,n2,…,nM,nM+1，其中，第M+1个噪声QAM符号作为OFDM调制的同步码；2.2)、将密钥中的第M+2个整数aM+2作为混沌序列中的起始位置，依次选取元素，并根据噪声映射表，转换为元素所在子区域的编号，选取前M个不同的编号b1,b2,…,bM，并作为M个导频副载波分布；从得到的噪声嵌入副载波分布，推导出N×N交换矩阵Msw：根据选取出前M个不同的编号，依次对N×N单位矩阵进行变换，将N×N单位矩阵的b1行交换到N‑M+1行，将N×N单位矩阵的b2行交换到N‑M+2行，…，将N×N单位矩阵的bM行交换到N行；2.3)、将原始信号与噪声信号组成交换模块的输入信号Sin：Sin=SH1×N,S=(c1,c2,...,cN-M)TH=(n1,n2,...,nM)T]]>其中，ci是QAM符号，即原始信号；ni是噪声QAM符号，即噪声信号；上标元素T表示对给定的矩阵进行转置操作；交换模块对输入信号Sin进行变换得到快速傅里叶逆变换的输入信号表示为：SIFFT＝MswSin，从而将噪声信号交换到被选取的导频副载波的对应位置上，实现对原始信号的噪声辅助加密；2.4)、将第M+1个噪声QAM符号nM+1分为N个，并分别作为前同步码，组合到快速傅里叶变换输出的N路数据即数据帧中，构成OFDM帧；然后经过调制，得到加密的OFDM信号，并经过马赫曾德调制器调制光载波上，然后经过带通滤波，通过光纤发送到接收端；(3)、在接收端，通过光探测器将光纤接收到的信号进行解调，得到加密的OFDM信号，经过解调，得到OFDM帧；采用步骤(2)的方法获得与发送端相同的M+1个噪声QAM符号n1,n2,…,nM,nM+1、N×N交换矩阵Msw；第M+1个噪声QAM符号nM+1分为N个，并分别作为前同步码进行信道估计，然后将OFDM帧中的数据帧进行快速傅里叶变换，得到信号SIFFT，然后，将N×N交换矩阵Msw的逆矩阵与信号SIFFT相乘，得到输入信号Sin，将输入信号Sin前N‑M个QAM符号抽取出来，得到原始信号，从而完成信号的恢复；同时，将输入信号Sin后M个QAM符号抽取出来，并获得的M个噪声QAM符号n1,n2,…,nM进行比较，进行相位估计和相位恢复。...

【技术特征摘要】
1. 一种宽带接入网的噪声辅助加密及信号恢复方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 、构建一个密钥，密钥包括混沌序列初始值x〇以及M+2个整数ai，a2，…，aM+1，a M+2，其 中，混沌序列初始值X(l为大于〇而小于1的数； 构建一个噪声映射表，将（〇, 1)等分为Ν个子区域，依次从小到大，编号为1，2, ..，Ν，每 个子区域对应一个比特数为η的噪声比特； (2) 、在发送端，将密钥中的混沛序列初始值X。作为一维logistic映射：xt = ΓΧη(1-Χη)的初始值进行迭代，得至IJ一个混沌序列，其中分岔参数r e (〇,4)，t为迭代次 数；MswSin，从而将噪声信号交换到被选取的导频副载波的对应位置上，实现对原始信号的噪声 辅助加密； 2. 4)、将第M+1个噪声QAM符号nM+1分为N个，并分别作为前同步码，组合到快速傅里 叶变换输出的N路数据即数据帧中，构成OFDM帧；然后经过调制，得到加密的OFDM信号，并 经过马赫曾德调制器调制光载波上，然后经过带通滤波，通过光纤发送到接收端； (3)、在接收端，通过光探测器将光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张崇富，朱云鹏，靳唯，邱昆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51