本發(fā)明涉及保密通訊，特別涉及一種新穎的腦機(jī)接口保密通信方法。
背景技術(shù)：
：：1、基于腦電圖（eeg）的腦機(jī)接口（bci）是一種技術(shù)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大腦與外部環(huán)境的直接通信。它可以讀取大腦中的eeg信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為控制命令，從而促進(jìn)人與計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備之間的互動(dòng)。bci的用途廣泛，例如使用bci系統(tǒng)來(lái)控制輪椅、假肢、光標(biāo)等，還可以用于神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域，幫助中風(fēng)或腦損傷的患者恢復(fù)部分控制能力和運(yùn)動(dòng)功能。作為一個(gè)相對(duì)較新的領(lǐng)域，bci的通信系統(tǒng)存在較為嚴(yán)重的安全性問(wèn)題。與其他用戶數(shù)據(jù)不同，用戶在該領(lǐng)域的大腦活動(dòng)數(shù)據(jù)可用于推斷認(rèn)知、精神和身體健康等。因此，需要對(duì)bci的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密來(lái)確保數(shù)據(jù)安全。2、近年來(lái)，關(guān)于安全加密的方案主要有兩種路線。第一個(gè)路線是數(shù)據(jù)加密，側(cè)重于對(duì)數(shù)據(jù)本身進(jìn)行加密，只有持有相應(yīng)的密鑰才能恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。例如，ein?shoka等人（a.?a.ein?shoka,?m.?m.?dessouky,?a.?el-sayed,?and?e.?el-din?hemdan,?“an?efficientcnn?based?epileptic?seizures?detection?framework?using?encrypted?eeg?signalsfor?secure?telemedicine?applications,”?alex.?eng.?j.）采用了arnold變換算法和混沌baker映射技術(shù)來(lái)對(duì)eeg數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。rajasekar和pushpalatha（p.?rajasekar?and?m.pushpalatha,?“huffman?quantization?approach?for?optimized?eeg?signalcompression?with?transformation?technique,”?soft?comput.）提出了利用離散余弦變換對(duì)eeg信號(hào)分解，提高了數(shù)據(jù)的安全性。liu等人（j.?liu,?j.?lian,?j.?c.?sprott,?q.liu,?and?y.?ma,?“the?butterfly?effect?in?primary?visual?cortex,”?ieee?trans.comput.）采用了paillier加密算法對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，同時(shí)通過(guò)適當(dāng)?shù)目s放將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)，解決了浮點(diǎn)運(yùn)算的問(wèn)題。karak??等人（r.?karak??,?i.?güler,?i.??apraz,?ande.?bilir,?“a?novel?fuzzy?logic-based?image?steganography?method?to?ensuremedical?data?security,”?comput.?biol.?med.）利用霍夫曼和lzw算法對(duì)eeg信號(hào)進(jìn)行無(wú)損壓縮，然后使用128位密鑰的rijndael對(duì)稱算法加密壓縮后的eeg信號(hào)。akgul等人（a.akgul,?o.?f.?boyraz,?k.?rajagopal,?e.?guleryuz,?m.?z.?yildiz,?and?m.?kutlu,“an?unforced?megastable?chaotic?oscillator?and?its?application?on?protectingelectrophysiological?signals,”?z.?für?naturforschung?a.）提出通過(guò)3d混沌系統(tǒng)向eeg信號(hào)添加隱私信息并加密eeg信號(hào)。然而，數(shù)據(jù)加密的方法往往需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，這增加了對(duì)設(shè)備性能的要求，這對(duì)bci系統(tǒng)要求的高實(shí)時(shí)性是致命的。因此，安全信道加密的方式是更優(yōu)的選擇。3、第二個(gè)路線是信道加密，側(cè)重于在數(shù)據(jù)傳輸通道上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。與數(shù)據(jù)加密相比，安全信道加密直接加密傳輸信道，因此具有更廣泛的應(yīng)用范圍。例如，mezzina等人（g.?mezzina,?v.?f.?annese,?and?d.?de?venuto,?“a?cybersecure?p300-based?brain-to-computer?interface?against?noise-based?and?fake?p300?cyberattacks,”sensors.）提出了一個(gè)在隨機(jī)選擇和動(dòng)態(tài)變化的信道上傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，這種方法可以識(shí)別出對(duì)bci系統(tǒng)的破壞。shahzadi等人（r.?shahzadi,?s.?m.?anwar,?f.?qamar,?m.?ali,j.?j.?p.?c.?rodrigues,?and?m.?alnowami,?“secure?eeg?signal?transmission?forremote?health?monitoring?using?optical?chaos,”?ieee?access.）提出利用加性混沌掩蓋通過(guò)光纖介質(zhì)安全傳輸eeg信號(hào)。zhang等人（x.?zhang,?x.?ding,?d.?tong,?p.chang,?and?j.?liu,?“secure?communication?scheme?for?brain-computer?interfacesystems?based?on?high-dimensional?hyperbolic?sine?chaotic?system,”?front.phys.）提出了一種新的bci通信方案，該方案在差分混沌移位鍵控（dcsk）框架中應(yīng)用雙曲正弦混沌系統(tǒng)作為混沌信號(hào)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)信息的多通道傳輸。lau等人（f.?c.?m.?lau,?m.m.?yip,?c.?k.?tse,?and?s.?f.?hau,?“a?multiple-access?technique?fordifferential?chaos-shift?keying,”?ieee?trans.?circuits?syst.?fundam.?theoryappl.）提出了變延遲多用戶dcsk系統(tǒng)，通過(guò)為每個(gè)時(shí)間槽利用不同的延遲時(shí)間實(shí)現(xiàn)多用戶傳輸。與傳統(tǒng)的信道加密方法相比，以dcsk為框架的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，不需要高性能的計(jì)算設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)。然而，在現(xiàn)有的dcsk方案中，大多是是基于自治混沌系統(tǒng)，自治混沌系統(tǒng)的混沌行為是通過(guò)初始條件和參數(shù)設(shè)置來(lái)產(chǎn)生，這意味著如果初始條件和參數(shù)被泄露，混沌行為可能會(huì)被預(yù)測(cè)，發(fā)生數(shù)據(jù)泄露的隱患。技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路1、本發(fā)明目的就在于為了解決上述的問(wèn)題，而提供一種新穎的腦機(jī)接口保密通信方法。2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：3、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種新穎的腦機(jī)接口保密通信方法，包括以下內(nèi)容：4、用于在腦機(jī)接口系統(tǒng)中保護(hù)用戶的eeg數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的隱私和安全，在發(fā)射端包括采用非自治混沌系統(tǒng)作為混沌信號(hào)發(fā)生器，引入eeg數(shù)據(jù)作為非自治混沌系統(tǒng)的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而產(chǎn)生的混沌載波信號(hào)直接與eeg數(shù)據(jù)相關(guān)，混沌信號(hào)發(fā)生器生成的混沌信號(hào)被調(diào)制成兩組，一組作為參考信號(hào)，另一組作為信息承載信號(hào)，然后在兩個(gè)相等的時(shí)隙中順序傳輸；在接收端，對(duì)接收到的參考信號(hào)與信息承載信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，然后根據(jù)相關(guān)器輸出的符號(hào)恢復(fù)信號(hào)所攜帶的信息，具體步驟如下：5、步驟一：采集原始eeg數(shù)據(jù)；6、步驟二：將非自治混沌系統(tǒng)；ccnn；應(yīng)用到方案中，ccnn公式描述如下：7、?8、ccnn模型由五個(gè)主要部分組成：耦合連接、饋電輸入、調(diào)制產(chǎn)物、動(dòng)態(tài)活動(dòng)和輸出，表示接收到的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)，、、是指數(shù)衰減因子，和是加權(quán)因子，此外，和分別表示饋電和連接突觸權(quán)重，表示連接強(qiáng)度，這直接決定調(diào)制產(chǎn)物中的；9、步驟三：為了將ccnn應(yīng)用到bci保密通信方案中，采用非耦合連接的ccnn模型作為混沌信號(hào)發(fā)生器，修改后的公式描述如下：10、?11、假設(shè)、、，初始條件設(shè)置為，，。為外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)；12、步驟四：將采集到的eeg數(shù)據(jù)作為ccnn模型中的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)，修改后的公式描述如下：13、?14、步驟五：采取作為ccnn模型的輸出序列；15、步驟六：為了消除輸出序列的物理特性，進(jìn)行了去相關(guān)操作，公式描述如下：16、?17、步驟七：對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，每個(gè)比特持續(xù)時(shí)間分配為兩個(gè)相等的時(shí)隙，第一時(shí)隙中首先傳輸長(zhǎng)度為的去相關(guān)混沌序列作為參考信號(hào)，第二時(shí)隙傳輸與第一時(shí)隙長(zhǎng)度相同的混沌序列作為信息承載信號(hào)，因此傳輸一個(gè)比特的數(shù)據(jù)需要長(zhǎng)度信號(hào)，如果要傳輸?shù)谋忍厥?1，則在兩個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸?shù)膮⒖夹盘?hào)和信息承載信號(hào)是相同的；如果要傳輸?shù)谋忍厥?1，則信息承載信號(hào)是參考信號(hào)的負(fù)值，在時(shí)間的傳輸信號(hào)可以描述如下：18、?19、其中是由ccnn非自治混沌系統(tǒng)生成的去相關(guān)混沌序列，代表在bci系統(tǒng)中要傳輸?shù)膃eg數(shù)據(jù)，是參考信號(hào)或信息承載信號(hào)的序列長(zhǎng)度，代表迭代時(shí)間；20、步驟八：為了恢復(fù)eeg數(shù)據(jù)，在相關(guān)器中對(duì)接收信號(hào)和其延時(shí)后的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，相關(guān)器的輸出是：21、?22、步驟九：eeg數(shù)據(jù)可以通過(guò)判定變量的符號(hào)還原：23、?24、如果傳輸?shù)男畔⒈忍貫?1，則。如果傳輸?shù)男畔⒈忍貫?1，則。25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：26、（1）本方案將非自治混沌系統(tǒng)（ccnn）引入了dcsk，形成了一種新穎的bci保密通信方案。特別地，使用eeg數(shù)據(jù)作為非自治混沌系統(tǒng)的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而產(chǎn)生的混沌載波信號(hào)直接與eeg數(shù)據(jù)相關(guān)，具有高度隨機(jī)性和不可預(yù)測(cè)性。27、（2）為了進(jìn)一步增強(qiáng)非自治混沌系統(tǒng)生成的混沌信號(hào)的偽隨機(jī)性，采用了一種去相關(guān)操作方法，從而增加了bci保密通信方案的安全性。28、（3）安全性分析表明，本方案的混沌載波信號(hào)成功通過(guò)了nist套件的十五項(xiàng)測(cè)試。在抗干擾能力上，當(dāng)信噪比（snr）為100db時(shí)，ber大約為。此外，在時(shí)間效率上也擁有良好的性能。因此，該方案具有高實(shí)時(shí)性適合bci系統(tǒng)，并能有效保護(hù)用戶隱私。當(dāng)前第1頁(yè)12當(dāng)前第1頁(yè)12