【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤通信数据传输领域，特别是涉及一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法与系统。
技术介绍
1、为满足5g时代物联网、数字孪生等现代技术对于信息传输的新要求，下一代无源光网络(pon)逐渐朝着高速率、大容量的方向迅速发展。而拥有高频谱效率、灵活调制格式和对色散有强鲁棒性的正交频分复用(ofdm)技术被认为是未来pon实现的有效方案之一。但与此同时，pon中的广播机制使得非法用户窃听数据传输拥有可乘之机，因此在提升ofdm-pon系统有效性和可靠性的同时，保证系统传输安全性的同步提升逐渐成为研究热点。为提高系统安全性能，需要提供一种更适于qam调制且误码率较低、接近香农极限、计算复杂度较低的加密传输方案。目前，在ofdm-pon系统传输中，使用新型前向纠错(fec)编码——polar码可以改善传输过程中损耗和噪声增加接收信号ber的问题，但研究集中在解码且只考虑有效性和可靠性，对其联合混沌加密的安全性研究较少；将ccdm结合前向纠错(fec)技术能够将系统容量扩展到几乎达到香农极限，但由于ccdm模块需要高精度的运算能力，导致计算复杂度高；基于概率整型(ps)与星座移位(cs)混沌加密级联的方法，能够获得灵活的频谱效率，提高信号传输的安全性，将系统容量扩展到几乎达到香农极限，但cs方案会导致概率分布偏离mb分布，影响ps的有效性，进而导致整形增益的损失。因此亟需研究逐渐关注兼顾有效性、可靠性和安全性的方案以实现ofdm-pon物理层安全通信。
技术实现思路
1、本专利技术的
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法，包括：
4、对原始的二进制比特数据流进行串并变换，基于部分信道特征对每一路比特信号进行polar编码，随后进行并串变换；
5、基于四维混沌模型中得到的第一维超混沌序列x，通过混合与扩散超混沌系统对编码后的比特流进行加密；
6、对一级混合与扩散加密后的数据流执行混沌ccdm操作，所述混沌ccdm操作根据四维混沌模型中的第二维超混沌序列y进行确定；
7、对混沌ccdm操作后的数据流进行星座映射，然后通过相位旋转实现符号级加密；所述符号级加密利用四维混沌模型中的第三维超混沌序列z和第四维超混沌序列v进行；
8、对加密完成后的数据流进行光电调制并在im/dd光纤传输系统中传输至接收端。
9、可选地，所述对原始的二进制比特数据流进行串并变换，基于部分信道特征对每一路比特信号进行polar编码，随后进行并串变换，具体包括：
10、利用公式确定polar编码的生成矩阵gn；
11、利用公式确定输出序列xn；
12、其中，n＝log2 n，矩阵表示矩阵与其自身的n次kronecker幂，的维度为2n×2n，bn是反转排列矩阵，矩阵rn是一个排列矩阵，实现奇数列在前偶数列在后，un为输入矩阵，n是以比特为单位的码字长度，γ是一组n-k整数索引，称为{0,1,...,n-1}中的冻结比特位置，γc＝{0,1,...,n-1}\γ对应于非冻结比特索引的集合，k为每个码字编码的信息比特的数量。
13、可选地，所述四维混沌模型为：
14、
15、其中，表示状态变量x随时间t的变化率，为系统状态变量y随时间t的变化率，为系统状态变量z随时间t的变化率，为系统状态变量v随时间t的变化率，a、b、c和d分别为混沌状态系统参数。
16、可选地，基于四维混沌模型中得到的第一维超混沌序列x，经过混合与扩散超混沌系统对编码后的比特流进行加密，具体包括：
17、利用公式k1＝mod(fix(abs(x)×1014),256)＞128对状态变量x进行处理，得到混沌序列k1；
18、利用公式x(t)＝re(c(t))×si(t)+j·im(c(t))×sq(t)得到混合与扩散加密系统的输出序列x(t)；
19、其中，函数fix(·)表示四舍五入到接近零的整数，c(t)＝{c1,c2,...,cn}是维度为1×n的比特行向量，对于符号则为n个qam信号组成向量c(t)＝c1(t),c2(t),...,cn(t)t，(·)t表示转置算子，si(t)和sq(t)分别是qam符号列向量的i和q部分的两个不同的加扰矩阵，re(·)表示对括号内数值取实部，im(·)表示对括号内数值取虚部，j为虚数单位，abs(·)为取绝对值。
20、可选地，所述对混沌ccdm操作后的数据流进行星座映射，然后通过相位旋转实现符号级加密，具体包括以下公式：
21、
22、
23、
24、其中，mod(·)表示余数运算，sng(·)是符号函数，si是行向量，{zi}和{vi}为四维混沌模型中的两维基本混沌序列输出z和v，为旋转相位，和分别{zi}和{vi}经过m次幂计算后的混沌序列，为相位旋转特征参数，为加密后的符号。
25、一种概率整型混合与扩散超混沌加密系统，包括：
26、polar编码模块，用于对原始的二进制比特数据流进行串并变换，基于部分信道特征对每一路比特信号进行polar编码，随后进行并串变换；
27、一级混合与扩散加密模块，用于基于四维混沌模型中得到的第一维超混沌序列x，通过混合与扩散超混沌系统对编码后的比特流进行加密；
28、混沌ccdm操作模块，用于对一级混合与扩散加密后的数据流执行混沌ccdm操作；所述混沌ccdm操作根据四维混沌模型中的第二维超混沌序列y进行确定；
29、符号级加密模块，用于对混沌ccdm操作后的数据流进行星座映射，然后通过相位旋转实现符号级加密；所述符号级加密利用四维混沌模型中的第三维超混沌序列z和第四维超混沌序列v进行；
30、加密数据传输模块，用于对加密完成后的数据流进行光电调制并在im/dd光纤传输系统中传输至接收端。
31、可选地，所述polar编码模块具体包括：
32、生成矩阵确定模块，用于利用公式确定polar编码的生成矩阵gn；
33、输出序列确定模块，用于利用公式确定输出序列xn；
34、其中，n＝log2 n，矩阵表示矩阵与其自身的n次kronecker幂，的维度为2n×2n，bn是反转排列矩阵，矩阵rn是一个排列矩阵，实现奇数列在前偶数列在后，un为输入矩阵，n是以比特为单位的码字长度，γ是一组n-k整数索引，称为{0,1,...,n-1}中的冻结比特位置，γc＝{0,1,...,n-1}\γ对应于非冻结比特索引的集合，k为每个码字编码的信息比特的数量。
35、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
36、本专利技术所提供的一种概率整型混合与扩散超混沌加密方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法，其特征在于，所述对原始的二进制比特数据流进行串并变换，基于部分信道特征对每一路比特信号进行Polar编码，随后进行并串变换，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法，其特征在于，所述四维混沌模型为：
4.根据权利要求3所述的一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法，其特征在于，基于四维混沌模型中得到的第一维超混沌序列x，经过混合与扩散超混沌系统对编码后的比特流进行加密，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法，其特征在于，所述对混沌CCDM操作后的数据流进行星座映射，然后通过相位旋转实现符号级加密，具体包括以下公式：
6.一种概率整型混合与扩散超混沌加密系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种概率整型混合与扩散超混沌加密系统，其特征在于，所述Polar编码模块具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法，其特征在于，所述对原始的二进制比特数据流进行串并变换，基于部分信道特征对每一路比特信号进行polar编码，随后进行并串变换，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法，其特征在于，所述四维混沌模型为：
4.根据权利要求3所述的一种概率整型混合与扩散超混沌加密方法，其特征在于，基于四维...
【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，忻向军，姚海鹏，杨秋丽，王芸，高然，刘博，田凤，王富，田清华，王拥军，杨雷静，李志沛，李欣颖，潘晓龙，周思彤，田博，董泽，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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