一种混沌物理层保密接入方法技术

技术编号:20331369 阅读:120 留言:0更新日期:2019-02-13 07:11
本发明专利技术公开了一种混沌物理层保密接入方法,首先得到OFDM信号的数据矩阵,然后对该矩阵进行分区划分得到两个矩阵,采用不同方法分别对两个矩阵进行加密,然后再按照分区划分的逆向方法,将加密后的两个矩阵还原成为一个矩阵,发送端对此矩阵进行后续处理并发送,接收端接收到发送数据后,解析得到矩阵,然后同样采用分区划分得到两个矩阵,然后分别采用对应方法进行解密,再将解密后的两个矩阵按照分区划分的逆向方法还原成为一个矩阵,该矩阵即为恢复得到的数据矩阵。本发明专利技术采用信息分区加密,可以有效提高通信安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种混沌物理层保密接入方法
本专利技术属于接入网通信
,更为具体地讲,涉及一种混沌物理层保密接入方法。
技术介绍
随着“互联网+”战略的持续推进,云计算、大数据、工业互联网等产业的高速发展,更多的数据和用户个人信息变为业务共享资源,推动社会经济全球化进程。但与此同时,各类信息安全事件也呈现大规模爆发态势。中国消费者协会最新发布的显示,参与调查人群中遇到过个人信息泄露情况的人数占比为85.2%。因此,如何保证数据和个人信息在网络上安全地存储、传输、管理与共享成为人们的关注热点问题之一。网络信息安全问题不仅影响着个人,还会涉及到企业的运营管理。自2018年3月起,全球化社交网站Facebook共遭遇了两次大规模的用户数据泄露,近5000万用户的账户遭遇黑客入侵、甚至盗用。此类事件的发生直接导致Facebook股票报价持续下跌及受到英国监管部门处以的罚款,国内的微信、阿里、京东等众多全球性平台公司应引以为戒、提高警惕。报告显示,中国内地与香港的企业在网络安全方面的平均投入高出全球数值的近四分之一,72%的中国内地与香港受访企业表示其针对物联网安全的战略已经就位。此外,网络的开放性给不法分子在网络上传播恐怖、色情、反动、分裂等有害信息提供了便利,直接威胁到国家的政治与国防建设等领域。因此,网络信息安全与保密问题已经引起了国家领导的高度重视。2014年2月,成立中央网络安全和信息化领导小组。2016年3月,将“构建泛在高效的信息网络、强化信息安全保障、全面保障信息系统安全”三大重点任务列入了我国十三五规划的纲要中。2016年11月,全国人民代表大会常务委员会发布了《中华人民共和国网络安全法》以保障网络安全,维护网络空间主权和国家安全、社会公共利益,保护公民、法人和其他组织的合法权益,促进经济社会信息化的健康、安全发展。此后,我国政府还发布了《国家网络空间安全战略》和《网络空间国际合作战略》。接入网作为网络业务接入的“最后一公里”,量大面广,成为影响网络建设的最重要部分之一。其中,正交频分复用无源光网络(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingPassiveOpticalNetwork,OFDM-PON)因其能在时/频域中灵活分配资源、频谱利用率高、对光纤色散具有较强的容忍能力等特点得到了普遍应用,被认为是提供宽带和低成本接入服务的一种很有前途的方式。但由于用户数量庞大、服务交互频繁及PON的广播结构使得信息安全传输面临了巨大挑战。综上所述,对接入网安全问题及其安全性增强技术的研究具有重要的学术价值和社会意义。增强接入网安全性的加密技术通常是在媒体访问控制层和应用层上实现的,其主要思路是在层级协议中添加身份验证和加密标准。虽然有些方法保证了高性能安全通信,但其密钥空间是有限的,且该类方法未对数据的控制信息与表头提供安全保护。相比于上层协议加密方式,物理层加密技术不仅能有效保障控制协议数据的安全性,还能抵御来自接入网底层的攻击。近年来,与混沌技术相关的物理层加密算法激起了研究热潮。混沌技术的遍历性、伪随机性、对初始条件和控制参数的敏感性等特性正好与密码体制的混乱及扩散性质相类似。同时,混沌序列产生方便,数量巨大,可以为隐蔽通信提供更好的实现手段。2018年10月,第十一届国际混沌、分形理论与应用研讨会在中国重庆举行,以“发展混沌分形科学,赋能信息安全产业”为主题,紧扣信息安全发展趋势,助力信息安全产业发展。选择明文攻击(ChosenPlaintextAttack,CPA)是指攻击者首先选择部分明文并通过加密系统获取相对应的密文,再通过对两者间的关系进行分析和比较等方式来获得相关信息的攻击方式。现有的大多数混沌加密方案都无法抵御选择明文攻击,而可抵御选择明文攻击的方案又存在着运算复杂度较高、性能恶化等缺点。2016年11月,上海交通大学研究团队提出了一种结合输入数据随机特征的动态相位旋转方案,该方案可以抵御选择明文攻击。但在加密与解密过程中,由于重复地使用部分错误的OFDM数据导致数据噪声积累,因而引入1dB的误码率性能恶化。2017年2月,他们利用混沌二进制序列、非线性置换盒和混沌恒幅零自相关矩阵对数据进行加密。该方案抵御选择明文攻击的能力较强,但需要进行多次循环异或操作及生成混沌恒幅零自相关矩阵,运算复杂度较高。
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,提供一种混沌物理层保密接入方法,采用信息分区加密,可以有效提高通信安全性。为实现上述专利技术目的,本专利技术混沌物理层保密接入方法包括以下步骤:S1:将经过QAM调制后的OFDM信号通过子载波分配得到a×b的数据矩阵M,其中a表示一个OFDM信号的子载波数,b表示单个子载波内符号数,a<b;S2:对矩阵M进行分区划分,得到矩阵P和矩阵Q,分区划分的具体方法如下:计算从数据矩阵M中提取的数据总列数c=b-a,从数据矩阵M中按照预定的分区规则提取出c列数据,将c列数据按照在数据矩阵M中的列序号拼接得到a×c的矩阵P,剩余数据按照在数据矩阵M中的列序号拼接得到a×a的矩阵Q;S3:基于混沌系统,采用不同方式分别对矩阵P和矩阵Q进行加密,得到加密后的矩阵P′和矩阵Q′;S4:按照步骤S2中分区划分的逆向方法,将矩阵P′和矩阵Q′还原成为一个矩阵M′;S5:发送端对矩阵M′进行后续处理并发送;S6:接收端接收到发送数据后,解析得到矩阵M′,然后按照步骤S2中的分区划分方法,对矩阵M′进行划分得到矩阵P′和矩阵Q′,然后采用对应的解密方法分别对矩阵P′和矩阵Q′进行解密,得到矩阵P和矩阵Q,然后采用分区划分的逆向方法,还原得到矩阵M。本专利技术混沌物理层保密接入方法,首先得到OFDM信号的数据矩阵,然后对该矩阵进行分区划分得到两个矩阵,采用不同方法分别对两个矩阵进行加密,然后再按照分区划分的逆向方法,将加密后的两个矩阵还原成为一个矩阵,发送端对此矩阵进行后续处理并发送,接收端接收到发送数据后,解析得到矩阵,然后同样采用分区划分得到两个矩阵,然后分别采用对应方法进行解密,再将解密后的两个矩阵按照分区划分的逆向方法还原成为一个矩阵,该矩阵即为恢复得到的数据矩阵。本专利技术具有以下有益效果:(1)本专利技术采用数据矩阵分区划分,可以减少信息之间的互相关关系,降低信号峰同相结合的概率,即可降低信号峰均功率比(PeaktoAveragePowerRatio,PAPR);(2)本专利技术通过分区划分与使用两种不同的加密手段进行分开加密,可以增大密钥空间,提高非法攻击者暴力破解的难度;(3)本专利技术可以有效抵御选择明文攻击,攻击者使用该种攻击方式无法破解全部信息,分析如下情景:①选择的部分明文只使用一种方法进行加密,攻击者根据所获得的相关信息可获知其加密方法,但无法破译剩余信息,原因在于无法获知数据的分区情况及另一种加密方法;②选择的部分明文同时使用两种方法进行加密,攻击者获取相关信息的难度增大,即使通过多次分析得到两种加密方法,但依然无法破译剩余信息,原因在于无法获知信息的分区情况;(4)本专利技术所采用的分区划分方法较为简单,并且本专利技术的运算复杂度与所选择的两种不同加密手段直接相关,采用性能较好且工作复杂度较低的加密手段可以避免频谱资源利用率的降低,弥补现本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种混沌物理层保密接入方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:将经过QAM调制后的OFDM信号通过子载波分配得到a×b的数据矩阵M,其中a表示一个OFDM信号的子载波数,b表示单个子载波内符号数,a<b;S2:对矩阵M进行分区划分,得到矩阵P和矩阵Q,分区划分的具体方法如下:计算从数据矩阵M中提取的数据总列数c=b‑a,从数据矩阵M中按照预定的分区规则提取出c列数据,将c列数据按照在数据矩阵M中的列序号拼接得到a×c的矩阵P,剩余数据按照在数据矩阵M中的列序号拼接得到a×a的矩阵Q;S3:基于混沌系统,采用不同方式分别对矩阵P和矩阵Q进行加密,得到加密后的矩阵P′和矩阵Q′;S4:按照步骤S2中分区划分的逆向方法,将矩阵P′和矩阵Q′还原成为一个矩阵M′;S5:发送端对矩阵M′进行后续处理并发送;S6:接收端接收到发送数据后,解析得到矩阵M′,然后按照步骤S2中的分区划分方法,对矩阵M′进行划分得到矩阵P′和矩阵Q′,然后采用对应的解密方法分别对矩阵P′和矩阵Q′进行解密,得到矩阵P和矩阵Q,然后采用分区划分的逆向方法,还原得到矩阵M。

【技术特征摘要】
1.一种混沌物理层保密接入方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:将经过QAM调制后的OFDM信号通过子载波分配得到a×b的数据矩阵M,其中a表示一个OFDM信号的子载波数,b表示单个子载波内符号数,a<b;S2:对矩阵M进行分区划分,得到矩阵P和矩阵Q,分区划分的具体方法如下:计算从数据矩阵M中提取的数据总列数c=b-a,从数据矩阵M中按照预定的分区规则提取出c列数据,将c列数据按照在数据矩阵M中的列序号拼接得到a×c的矩阵P,剩余数据按照在数据矩阵M中的列序号拼接得到a×a的矩阵Q;S3:基于混沌系统,采用不同方式分别对矩阵P和矩阵Q进行加密,得到加密后的矩阵P′和矩阵Q′;S4:按照步骤S2中分区划分的逆向方法,将矩阵P′和矩阵Q′还原成为一个矩阵M′;S5:发送端对矩阵M′进行后续处理并发送;S6:接收端接收到发送数据后,解析得到矩阵M′,然后按照步骤S2中的分区划分方法,对矩阵M′进行划分得到矩阵P′和矩阵Q′,然后采用对应的解密方法分别对矩阵P′和矩阵Q′进行解密,得到矩阵P和矩阵Q,然后采用分区划分的逆向方法,还原得到矩阵M。2.根据权利要求1所述的加密方法,其特征在于,所述参数a、b满足以下关系b/5≤b-a≤4b/5。3.根据权利要求1所述的加密方法,其特征在于,所述步骤S2中分区划分采用相邻分区法,具体方法为:令数据矩阵M的分区数量d为参数b和c的公约数,将数据矩阵M按列平均划分为d个分区,分别从每个分区的相同位置提取出连续的f列数据,f=c/d,记f列数据的起始列在分区中的列序号为g,将提取的c列数据按照在数据矩阵M中的列序号拼接得到a×c的矩阵P,剩余数据按照在数据矩阵M中的列序号拼接得到a×a的矩阵Q。4.根据权利要求1所述的加密方法,其特征在于,所述步骤S2中分区划分采用交错分区法,具体方法为:将数据矩阵M按列划分为c个分区,其中前c-1个分区的单个分区的列数为表示向下取整,第c个分区的列数为b-(c-1)d,分别从每个分区的相同位置提取出1列数据,将提取的c列数据按照在数据矩阵M中的列序号拼接得到a×c的矩阵P,剩余数据按照在数据矩阵M中的列序号拼接得到...

【专利技术属性】
技术研发人员:张崇富韦涵瀚黄欢
申请(专利权)人:电子科技大学电子科技大学中山学院
类型:发明
国别省市:四川,51

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