一种基于TOD的跳频同步方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于TOD的跳频同步方法及系统，该方法对现有基于TOD的跳频同步方法中的跳频频率生成方法进行改进，包括步骤：发送方将与接收方之间的对称密钥用n个不同的哈希函数进行计算，得到n个哈希值；发送方获取当前时刻的TOD信息，并以相同步长取之前n

【技术实现步骤摘要】
一种基于TOD的跳频同步方法及系统


[0001]本专利技术涉及数据链系统领域，尤其涉及一种基于TOD的跳频同步方法及系统。

技术介绍

[0002]跳频是指信号载波不停跳变，达到不可被敌方预测的目的。跳频分为跳频同步和跳频传输数据两个步骤。其中跳频同步是指双方约定好跳频的时间点和跳频规律，是传输数据前必须事先完成的步骤。有大约4种主要的跳频同步方法，其中较重要的是同步字头法。
[0003]目前的同步字头法通常为基于TOD的同步字头法，“基于Simulink的跳频同步技术仿真平台设计与实现[D]窦秀娟.电子科技大学.2013(01)”中提及了现有的基于TOD的同步字头法的相关原理。
[0004]在现有的基于TOD的同步字头法中，发送方和接收方通常拥有相同的对称密钥和跳频频率表，然后发送方根据TOD和对称密钥计算出跳频序列，通过跳频序列控制跳频频率表进而控制本地频率合成器生成跳频频率。为了保证当收发双方时钟存在一定差异的情况下仍可实现同步，通常将TOD信息中的高位信息提取出来作为TOD高段(TODH)，比如分钟及其高位信息，系统根据TODH而不是全部的TOD信息来计算同步频率，由此可保证，当收发双方时钟存在一定差异的情况下仍存在相同的同步频率。除TODH外，TOD的剩余部分作为TOD低段(TODL)，TODL则以跳频间隔为计时单位，该值参与通信频率的计算，但不参与同步频率的计算。
[0005]在基于TOD的同步字头法中，同步头结构主要包括相关码部分和TODL信息。相关码部分对于接收方来说用于完成同步频率的捕获，进而完成接收方本地TOD中高段内容TODH的校正。一段完整的相关码通常根据系统要求被分为n个码序列，然后一一对应地在n个跳频频率上传输，将相关码的一次完整传输记为一次相关跳，一次相关跳中包含频率为f1至f
n
的n跳跳频传输，f1至f
n
就是同步头的跳频频率集。为增加接收方同步频率的捕获几率，通常在一个同步头结构中传输多次完整的相关码，则一个同步头结构中包含若干相关跳。TODL信息在同步头结构中位于后半部分，用于完成接收方本地TODL的校正，以实现接收方同步跟踪。为提高同步头的保密性，TODL信息通常也被分为n段在n个跳频频率上传输，每次个频率上只传输一部分TODL的内容。
[0006]现有基于TOD的同步字头法中，为了提高同步头频率的抗干扰性，因此这些频率随时间变化而变化：设TODH每隔时间T更新一次，则每更新一次TODH，就更新跳频频率集中的一个频率，这样，经过时长nT后，跳频频率集中的所有频率都更新了一遍。
[0007]但是，现有的基于TOD的同步字头法虽然具有一定程度的抗扰性和保密性，但是仍然存在以下缺陷：
[0008]1、现有的基于TOD的同步字头法中，跳频频率是基于TOD的高位信息TODH直接进行频率变换得到频率，由于TODH容易被敌方所得，因此计算出的跳频频率易被敌方破解；另一方面，同步头的频率集中跳频频率的更新较慢，每更新一次TODH，仅更新频率集中的一个频
率，这必然会导致大部分频率被使用多次，而这些频率在多次使用的过程中易被敌方捕获，从而导致同步头极易被敌方窃取或干扰；
[0009]2、现有的基于TOD的同步字头法中，收发端共享的对称密钥通常是伪随机数，计算出来的跳频序列也是伪随机数，而伪随机数具有可预测性，因此导致跳频过程中安全性不高，无法实现抗量子计算；
[0010]3.现有技术的基于TOD的同步字头法中，TODL未有加密保护，易被窃取。

技术实现思路

[0011]专利技术目的：为克服现有技术的缺陷，本专利技术提出一种基于TOD的跳频同步方法及系统。
[0012]
技术实现思路
：为了克服现有的基于TOD的同步字头法中，跳频频率和TOD信息容易被破解的问题，本专利技术提出一种基于TOD的跳频同步方法，该方法对跳频同步方法中的跳频频率生成方法进行改进，若根据需求，传输同步序列需要n个跳频，则发送方生成用于发送同步序列的n个跳频频率的方法包括以下步骤：
[0013]发送方将与接收方之间的对称密钥用n个不同的哈希函数进行计算，得到n个哈希值；
[0014]发送方获取当前时刻的TOD信息，并以相同步长取之前n-1个时刻的TOD信息，共计n个TOD信息；然后根据每个TOD信息的高位内容TODH计算出一个由真随机数组成的随机码，共得到n个随机码；
[0015]用对应的TODH、随机码和哈希值联合运算，计算出n个跳频频率：
[0016][0017]其中，f
i
表示当前时刻发送方生成的第i个跳频频率，F表示联合运算函数，TODH(t)表示发送方在时刻t的本地TOD信息的高段内容，RF(t)表示TODH(t)对应的随机码，R
i
表示第i个哈希值。
[0018]在本专利技术中，我们一方面将易于被敌方获取的TODH转化为一个由真随机数组成的随机码，然后用这个随机码去计算跳频频率，使得敌方获取的TOD信息成为无用信息。另一方面，我们设计了独特的频率计算方法，用TODH、随机码和对称密钥计算出的哈希值联合计算出跳频频率，且每当TODH更新时，n个跳频频率均随之变化，一个跳频频率仅在一个周期内使用，相对于现有技术中一个跳频频率在多个周期使用的情况，本专利技术显然增加了跳频频率的多变性，也增加了敌方破解跳频频率的难度，提高跳频同步过程中的抗扰性和保密性。
[0019]对于上述基于TOD的跳频同步方法，以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0020]可选的，接收方修正本地TOD的具体步骤包括：
[0021]接收方计算出至少一个扫描频组，一个扫描频组中包括n个扫描频率，每个扫描频
率由接收方基于本地TOD信息、采用与发送方相同的计算方法计算得到；
[0022]接收方在每个扫描频组上扫描同步序列中的频率，直至捕获已端与发送方同步的频率；
[0023]接收方根据两个同步频率索引之间的差值校正本地TOD信息的高位内容；
[0024]接收方校正本地TOD信息的高位内容后，重新计算同步频率，并在同步频率上进行同步跟跳，接收同步序列中发送方TOD信息的低位内容TODL，根据TODL矫正本地TOD信息的低位内容，实现同步。
[0025]可选的，所述发送方在发送同步序列前，还采用与接收方预先约定好的方式对TODL进行加密，接收方在接收到发送方的TODL时，采用约定好的方式进行解密，即可得到发送方的TODL。
[0026]可选的，所述对TODL进行加密的加密方式为：发送端用当前时刻的TODH相应的随机码生成一个加密密钥，用生成的加密密钥加密TODL。
[0027]可选的，所述随机码采用以下方式得到：
[0028]用对称密钥加密TODH，得到随机码的初始位置指针；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TOD的跳频同步方法，包括步骤：发送方生成跳频频率和同步序列，然后在跳频频率上发送同步序列，接收方通过频率扫描捕获同步频率，在同步频率上接收同步序列，用接收到的同步序列修正本地TOD；其特征在于：发送方生成用于发送同步序列的n个跳频频率的方法包括以下步骤：发送方将与接收方之间的对称密钥用n个不同的哈希函数进行计算，得到n个哈希值；发送方获取当前时刻的TOD信息，并以相同步长取之前n-1个时刻的TOD信息，共计n个TOD信息；然后为每个TOD信息的高位内容TODH计算出一个随机码，共得到n个随机码；用对应的TODH、随机码和哈希值联合运算，计算出n个跳频频率：f1＝F(TODH(t0),RF(t0),R1)f2＝F(TODH(t
0-t),RF(t
0-t),R2)f
n
＝F(TODH(t
0-(n-1)t),RF(t
0-(n-1)t),R
n
)其中，f
i
表示当前时刻发送方生成的第i个跳频频率，F表示联合运算函数，TODH(t)表示发送方在时刻t的本地TOD信息的高段内容，RF(t)表示TODH(t)对应的随机码，R
i
表示第i个哈希值。2.根据权利要求1所述的一种基于TOD的跳频同步方法，其特征在于，接收方修正本地TOD的具体步骤包括：接收方计算出至少一个扫描频组，一个扫描频组中包括n个扫描频率，每个扫描频率由接收方基于本地TOD信息、采用与发送方相同的计算方法计算得到；接收方在每个扫描频组上扫描同步序列中的频率，直至捕获已端与发送方同步的频率；接收方根据两个同步频率索引之间的差值校正本地TOD信息的高位内容；接收方校正本地TOD信息的高位内容后，重新计算同步频率，并在同步频率上进行同步跟跳，接收同步序列中发送方TOD信息的低位内容TODL，根据TODL矫正本地TOD信息的低位内容，实现同步。3.根据权利要求2所述的一种基于TOD的跳频同步方法，其特征在于，所述发送方在发送同步序列前，还采用与接收方预先约定好的方式对TODL进行加密，接...

【专利技术属性】
技术研发人员：富尧，钟一民，余秋炜，
申请(专利权)人：南京如般量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：