一种数据传输安全的加密解扰时变方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及信息传输和信息安全领域，具体提供了一种数据传输安全的加密解扰时变方法，通过FPGA编程实现发射端加密发送以及接收端的接收解扰；所述发射端通过输入数据存储模块进行数据的输入存储，经过数据缓冲模块进行数据缓存，缓存的数据进行拆分后进入算法调制和加扰模块，在算法调制和加扰模块中变为对应三角函数的信号之后，通过打拍控制的系数替换控制与原三角函数信号相乘得到新的加扰信号，经过D/A模块进行数字信号到模拟信号的转换，通过PWM调制模块进行脉冲宽度调制，通过信号发送模块进入接收端。与现有技术相比，本发明专利技术实现了短时频谱分析法和其对应积分器的解码实现，用时变系统的加扰方式来大大保障了信息传输的安全性和稳定性。输的安全性和稳定性。输的安全性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种数据传输安全的加密解扰时变方法及装置


[0001]本专利技术涉及信息传输和信息安全领域，具体提供一种数据传输安全的加密解扰时变方法及装置。

技术介绍

[0002]近些年来，随着半导体技术的飞速发展，衍生出了许多不同的芯片类型。由于对芯片功能多样化需求的提升，异构类型的芯片越来越来多，芯片功能越来越细分独立。可编程逻辑芯片也随着异构芯片的诞生，进入了我们的视野。可编程逻辑芯片分为FPGA和CPLD，相较CPLD的低速，且不丰富的电路资源，FPGA拥有着更快的速度，更多的触发器，可以实现更复杂的算法。因此逐渐替代CPLD成为可编程逻辑芯片开发的主流设备。借助FPGA我们可以实现多种算法，诸如CORDIC算法。借助此算法可以实现将数字信号变为三角函数信号，何为CORIDC算法呢？CORDIC算法是一个“化繁为简”的算法，将许多复杂的运算转化为一种“仅需要移位和加法”的迭代操作。CORDIC算法有旋转和向量两个模式，分别可以在圆坐标系、线性坐标系和双曲线坐标系使用，假设在xy坐标系中有一个点P1(x1，y1)，将P1点绕原点旋转θ角后得到点P2(x2，y2)，于是可以得到P1和P2的关系：
[0003]x2＝x1cosθ
–
y1sinθ＝cosθ(x1
–
y1tanθ)
[0004]y2＝y1cosθ+x1sinθ＝cosθ(y1+x1tanθ)
[0005]从原理中，我们可以知道，当已知一个点P1的坐标，并已知该点P1旋转的角度θ，则可以根据上述公式求得目标点P2的坐标。我们需要用FPGA去执行上述运算操作，而FPGA的Verilog语言根本不支持三角函数运算。因此，我们需要对上述式子进行简化操作，将复杂的运算操作转换为一种单一的“迭代位移”算法。我们先介绍算法的优化原理：将旋转角θ细化成若干分固定大小的角度θi，并且规定θi满足tanθi＝2
‑
i，因此∑θi的值在[
‑
99.7
°
，99.7
°
]范围内，如果旋转角θ超出此范围，则运用简单的三角运算操作即可(加减π)。
[0006]然后我们需要修改几何原理部分的假设，假设在xy坐标系中有一个点P0(x0，y0)，将P0点绕原点旋转θ角后得到点Pn(xn，yn)，于是可以得到P0和Pn的关系：
[0007]xn＝x0cosθ
–
y0sinθ＝cosθ(x0
–
y0tanθ)
[0008]yn＝y0cosθ+x0sinθ＝cosθ(y0+x0tanθ)
[0009]然后，我们将旋转角θ细化成θi，由于每次的旋转角度θi是固定不变的(因为满足tanθi＝2
‑
i)，如果一直朝着一个方向旋转则∑θi一定会超过θ(如果θ在[
‑
99.7
°
，99.7
°
]范围内)。因此我们需要对θi设定一个方向值di。如果旋转角已经大于θ，则di为
‑
1，表示下次旋转为顺时针，即向θ靠近；如果旋转角已经小于θ，则di为1，表示下次旋转为逆时针，即也向θ靠近。然后我们可以得到每次旋转的角度值diθi，设角度剩余值为zi+1，则有zi+1＝zi
‑
diθi，其中z0为θ。如此随着i的增大，角度剩余值zi+1将会趋近于0，此时运算结束。
[0010]通过tanθi＝2
‑
i可以取代tanθ，而cosθ可以通过提取之后计算∏cosθi的值，因此可以得到：
[0011]xn∏cosθi＝x0cosθ
–
y0sinθ；
[0012]yn∏cosθi＝y0cosθ+x0sinθ；
[0013]由于i从0至n
‑
1，所以上式可以转化成下式：
[0014]xn＝1/∏cosθi(x0cosθ
–
y0sinθ)，(其中i从0至n
‑
1)
[0015]yn＝1/∏cosθi(y0cosθ+x0sinθ)，(其中i从0至n
‑
1)
[0016]从而可以确定cosθi＝1/[(1+tan2θi)^0.5]＝1/[(1+2
‑
2i)^0.5]，而1/[(1+2
‑
2i)^0.5]的极值为1，因此我们可以得出一个结论：当i的次数很大时，∏cosθi的值趋于一个常数，通过公式总结和经验可以得出，在迭代处为15或16时便可以得到比较准确的三角函数了，借助这个原理，便可以将信号实现从时域到频域的转换，进而对频域信号进行相关处理。
[0017]对于一个时变系统来说，对应的频域信号是稳定的，因此，通过FPGA可以实现时变系统，有着可行性。本质而言，时变系统便是对信号的前置参数进行相关更改，因此实际操作行为便是对频域参数进行倍频。对于现有的通信系统，大部分都是在抗干扰和保证不失真的方向进行努力，而保密性任有很大局限性。

技术实现思路

[0018]本专利技术是针对上述现有技术的不足，提供一种实用性强的数据传输安全的加密解扰时变方法。
[0019]本专利技术进一步的技术任务是提供一种设计合理，安全适用的数据传输安全的加密解扰时变装置。
[0020]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0021]一种数据传输安全的加密解扰时变方法，通过FPGA编程实现发射端加密发送以及接收端的接收解扰；
[0022]所述发射端通过输入数据存储模块进行数据的输入存储，经过数据缓冲模块进行数据缓存，缓存的数据进行拆分后进入算法调制和加扰模块，在算法调制和加扰模块中从时域信号的变化变为频域信号的变化，变为对应三角函数的信号之后，通过打拍控制的系数替换控制与原三角函数信号相乘得到新的加扰信号，经过D/A模块进行数字信号到模拟信号的转换，转换后的信号通过PWM调制模块进行脉冲宽度调制，通过信号发送模块进入接收端。
[0023]进一步的，所述接收端通过信号接收模块接收数据，再通过PWM解析模块还原成相应波形，还原成相应波形之后，再通过A/D转换模块将信号还原成数字信号，通过解扰模块进行解扰，并还原成16通道数据流，后通过数据拼接模块进行数据拼接，之后进行数据缓存进入数据存储模块，数据存储模块与上位机进行数据交互。
[0024]作为优选，所述发射端中输入数据存储模块选用DDR4，数据缓冲模块为FIFO数据缓冲，以及所述接收端的数据存储模块也选用DDR4。
[0025]进一步的，数据进入发射模块时，先通过AXI协议写入发射端的DDR4中，在DDR4完成保存之后在交替发送给FIFO1和FIFO2，所述FIFO1传入奇数DATA PATH，所述FIFO2传入偶数DATA PATH，FIFO1通过原时钟，FIFO2通过原时钟延迟打拍1拍的时钟。
[0026]进一步的，在所述发射端的算法调制和加扰模块中包含CRODIC算法处理，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据传输安全的加密解扰时变方法，其特征在于，通过FPGA编程实现发射端加密发送以及接收端的接收解扰；所述发射端通过输入数据存储模块进行数据的输入存储，经过数据缓冲模块进行数据缓存，缓存的数据进行拆分后进入算法调制和加扰模块，在算法调制和加扰模块中从时域信号的变化变为频域信号的变化，变为对应三角函数的信号之后，通过打拍控制的系数替换控制与原三角函数信号相乘得到新的加扰信号，经过D/A模块进行数字信号到模拟信号的转换，转换后的信号通过PWM调制模块进行脉冲宽度调制，通过信号发送模块进入接收端。2.根据权利要求1所述的一种数据传输安全的加密解扰时变方法，其特征在于，所述接收端通过信号接收模块接收数据，再通过PWM解析模块还原成相应波形，还原成相应波形之后，再通过A/D转换模块将信号还原成数字信号，通过解扰模块进行解扰，并还原成16通道数据流，后通过数据拼接模块进行数据拼接，之后进行数据缓存进入数据存储模块，数据存储模块与上位机进行数据交互。3.根据权利要求2所述的一种数据传输安全的加密解扰时变方法，其特征在于，所述发射端中输入数据存储模块选用DDR4，数据缓冲模块为FIFO数据缓冲，以及所述接收端的数据存储模块也选用DDR4。4.根据权利要求3所述的一种数据传输安全的加密解扰时变方法，其特征在于，数据进入发射模块时，先通过AXI协议写入发射端的DDR4中，在DDR4完成保存之后在交替发送给FIFO1和FIFO2，所述FIFO1传入奇数DATA PATH，所述FIFO2传入偶数DATA PATH，FIFO1通过原时钟，FIFO2通过原时钟延迟打拍1拍的时钟。5.根据权利要求1所述的一种数据传输安全的加密解扰时变方法，其特征在于，在所述发射端的算法调制和加扰模块中包含CRODIC算法处理，在数据进入CRODIC算法模块之后通过CRODIC算法迭代15次的结果为依据，将数据进行预处理，随后系统系数替换模块开始工作，将时变的加扰结果S随时间以16次为循环加入16个DATA PATH中，具体规格见加扰真值表。6.根据权利要求5所述的一种数据传输安全的加密解扰时变方法，其特征在于，在所述加扰真值表中，第一次循环加扰为S11
‑
S116，分别放入A1
‑
16中并于原通路函数相乘，则第十六次循环为S161
‑
S1616，共计162种加扰结果，此为加扰真值表；同时根据循环次数计数COUNTER，与A1
‑
A16一同进入数据拼接模块，进入数据拼接模块之后，将按照COUNTER+A1+A2+
…
+A16的顺序进行拼接，拼接完成后进入D/A转换模块。7.根据权利要求6所述的一种数据传输安全的加密解扰...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳坤，赵鑫鑫，姜凯，李锐，
申请(专利权)人：山东浪潮科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：