專利名稱：一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種保密通信方法。
背景技術(shù)：
近幾十年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，信息的傳輸和交換在人們的日常生活中已經(jīng)無處不在。而信息安全問題始終伴隨其中，并且隨著社會信息化程度的日益加深，這個(gè)問題必將越來越受到關(guān)注。信息安全的一個(gè)重要方面是信號傳輸過程中的抗截獲性，關(guān)鍵信息如果被非法接收者截取，往往會造成很大的影響，尤其是關(guān)于經(jīng)濟(jì)和國防軍事等方面的信息，一旦泄漏往往造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失甚至?xí)：Φ絿业陌参?。傳統(tǒng)的信號抗截獲技術(shù)包括直接序列擴(kuò)頻技術(shù)、頻率跳變技術(shù)、時(shí)間跳變技術(shù)以及超寬帶技術(shù)等等。這些技術(shù)取得了一定的截獲性能，但是也付出了很大的代價(jià)，例如需要付出比正常系統(tǒng)大很多的頻帶寬度。在目前頻帶資源非常緊張的情況下，這一點(diǎn)對于高信息速率、大用戶容量的系統(tǒng)來說幾乎是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，這些技術(shù)主要應(yīng)用在那些對信號安全有特殊要求、用戶量較小或者是軍事方面的通信設(shè)備中。近年來，一些學(xué)者提出將1995年由C. C. SHIH首次提出加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換應(yīng)用到保密通信中。加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的變換階次可以在一定的周期范圍內(nèi)連續(xù)取值，而且具有完善的正逆變換定義。因此，可以使用變換階次作為系統(tǒng)的通信密匙，防止信號在傳輸過程中被非法截獲。而且，與經(jīng)典的分?jǐn)?shù)傅里葉變換有所不同，加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換被定義為一組態(tài)函數(shù)線性疊加的形式，因此易于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。但是這些技術(shù)都有很大的缺陷，保密性能不是很高，一旦非法截獲者的設(shè)備處理能力大幅增加之后，便存在著被破解的可能。因此有必要通過某種硬件可實(shí)現(xiàn)的途徑進(jìn)一步提高系統(tǒng)的保密性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的保密通信方法的抗截獲性能差的問題，從而提供一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法。一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法，發(fā)射端的信號加密方法為步驟Al、對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行基帶映射后，獲得調(diào)制結(jié)果；步驟A2、將步驟Al獲得的調(diào)制結(jié)果進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，獲得N路并行信號；步驟A3、將步驟A2獲得的N路并行信號分別進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換，獲得 N路變換結(jié)果；多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的變換系數(shù)受動態(tài)參數(shù)選擇模塊的控制；步驟A4、將步驟A3獲得的N路變換結(jié)果進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，獲得一路串行信號；步驟A5、將步驟A4獲得的一路串行信號進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，獲得模擬信號；步驟A6、將步驟A5獲得的模擬信號進(jìn)行上變頻處理，并將處理后的信號發(fā)射至信道；
接收端的信號解密方法為步驟Bi、接收端接收發(fā)射端發(fā)射的信號，并將接收到的信號進(jìn)行下變頻處理，獲得處理后的信號；步驟B2、將步驟Bl獲得的處理后的信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號；步驟B3、將步驟B2獲得的數(shù)字信號進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，獲得N路并行信號；步驟B4、將步驟B3獲得的N路并行信號進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換，獲得N 路變換結(jié)果；多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換的變換系數(shù)受動態(tài)參數(shù)選擇模塊的控制；步驟B5、將步驟B4中獲得的N路變換后結(jié)果進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，獲得一路串行信號；步驟B6、將步驟B5中獲得的一路串行信號進(jìn)行解映射，獲得結(jié)果后輸出；為了硬件實(shí)現(xiàn)的方便，N的取值為2的整數(shù)次冪，也可為其它的取值。步驟A3中所述將步驟A2獲得的N路并行信號分別進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的方法是步驟A31、將N路并行信號輸入至多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉模塊輸入端，并令A(yù) = 2，B =N/A ；步驟A32、進(jìn)行層數(shù)為B、長度為A的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換；步驟A33、判斷A的值是否等于N，如果判斷結(jié)果為否，將A的取值乘以2、將B的取值除以1，并返回執(zhí)行步驟A32 ；如果判斷結(jié)果為是，則輸出N路并行信號。步驟B4中所述將步驟B3獲得的N路并行信號進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換的方法是步驟B41、將N路并行信號輸入至多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉模塊輸入端，并令A(yù) = N、B =N/A ；步驟B42、進(jìn)行層數(shù)為B、長度為A的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換；步驟B43、判斷A的值是否等于2，如果判斷結(jié)果為否，將A的取值除以2、將B的取值乘以2，并返回執(zhí)行步驟A32 ；如果判斷結(jié)果為是，則輸出N路并行信號。步驟A32和步驟B42中每次進(jìn)行的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換中不同層的變換模塊采用不同的變換階次，相同層的變換模塊采用不同的變換階次。步驟A32和步驟B42中每次進(jìn)行的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換均采用單參數(shù)的形式或多參數(shù)的形式，彼此之間相互獨(dú)立。有益效果本發(fā)明采用一種多維的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換模塊來代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)的單 /多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換模塊，有效地?cái)U(kuò)大了系統(tǒng)的密鑰空間，增強(qiáng)了系統(tǒng)性能對初始參數(shù)的敏感性，從而提高了系統(tǒng)的抗截獲性能。同時(shí)，本發(fā)明中多維變換模塊的維數(shù)可以自由的選擇，因此能夠根據(jù)實(shí)際的需要靈活的設(shè)置保密級別。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中的多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的原理示意圖；圖3是本發(fā)明中多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換的原理示意圖；圖4是本發(fā)明中正確解密參數(shù)對應(yīng)的接收信號星座圖，其信噪比為IOdB ；圖5是錯(cuò)誤解密參數(shù)對應(yīng)的接收信號的星座圖，其信噪比為IOdB ；圖6是對整個(gè)解密參數(shù)空間進(jìn)行遍歷式掃描變換的結(jié)果示意圖；圖7是加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1至圖3說明本具體實(shí)施方式
，一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法，發(fā)射端的信號加密方法為步驟Al、對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行基帶映射后，獲得調(diào)制結(jié)果；步驟A2、將步驟Al獲得的調(diào)制結(jié)果進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，獲得N路并行信號；步驟A3、將步驟A2獲得的N路并行信號分別進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換，獲得 N路變換結(jié)果；多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的變換系數(shù)受動態(tài)參數(shù)選擇模塊的控制；步驟A4、將步驟A3獲得的N路變換結(jié)果進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，獲得一路串行信號；步驟A5、將步驟A4獲得的一路串行信號進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，獲得模擬信號；步驟A6、將步驟A5獲得的模擬信號進(jìn)行上變頻處理，并將處理后的信號發(fā)射至信道；接收端的信號解密方法為步驟Bi、接收端接收發(fā)射端發(fā)射的信號，并將接收到的信號進(jìn)行下變頻處理，獲得處理后的信號；步驟B2、將步驟Bl獲得的處理后的信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號；步驟B3、將步驟B2獲得的數(shù)字信號進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，獲得N路并行信號；步驟B4、將步驟B3獲得的N路并行信號進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換，獲得N 路變換結(jié)果；多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換的變換系數(shù)受動態(tài)參數(shù)選擇模塊的控制；步驟B5、將步驟B4中獲得的N路變換后結(jié)果進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，獲得一路串行信號；步驟B6、將步驟B5中獲得的一路串行信號進(jìn)行解映射，獲得結(jié)果后輸出；N的取值為2的整數(shù)次冪。步驟A3中所述將步驟A2獲得的N路并行信號分別進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的方法是步驟A31、將N路并行信號輸入至多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉模塊，并令A(yù) = 2,B = N/A ；步驟A32、進(jìn)行層數(shù)為B、長度為A的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換；步驟A33、判斷A的值是否等于N，如果判斷結(jié)果為否，將A的取值乘以2、將B的取值除以2，并返回執(zhí)行步驟A32 ；如果判斷結(jié)果為是，則輸出N路并行信號。步驟B4中所述將步驟B3獲得的N路并行信號進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換的方法是步驟B41、將N路并行信號輸入至多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉模塊，并令A(yù) = N、B = Ν/Α ；步驟Β42、進(jìn)行層數(shù)為B、長度為A的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換；步驟Β43、判斷A的值是否等于2，如果判斷結(jié)果為否，將A的取值除以2、將B的取值乘以2，并返回執(zhí)行步驟Α32 ；如果判斷結(jié)果為是，則輸出N路并行信號。步驟Α32和步驟Β42中每次進(jìn)行的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換中不同層的變換模塊可以采用不同的變換階次，相同層的變換模塊也可以采用不同的變換階次。步驟Α32和步驟Β42中每次進(jìn)行的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換均可以采用單參數(shù)的形式或多參數(shù)的形式，各個(gè)模塊之間彼此相互獨(dú)立。
原理加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的定義形式與經(jīng)典分?jǐn)?shù)傅里葉變換完全不同，它是從信號的基本態(tài)函數(shù)的角度提出的。按照C. C. SHIH的定義，一個(gè)函數(shù)的任意次加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換可以由它的四個(gè)基本態(tài)函數(shù)與對應(yīng)系數(shù)的線性加權(quán)形式構(gòu)成。具體的定義公式如下所示 Fa[g(x)] = WaJ(X) + WalF(X) + waJ(-x) + <F(-x)其中，％"、<、！^和乂“為加權(quán)系數(shù)，定義公式有兩種形式，它們的本質(zhì)是一樣的，只是旋轉(zhuǎn)方向相反。具體的表達(dá)形式如下所示。
或者是
權(quán)利要求
1.一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法，其特征是 發(fā)射端的信號加密方法為步驟Al、對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行基帶映射后，獲得調(diào)制結(jié)果； 步驟A2、將步驟Al獲得的調(diào)制結(jié)果進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，獲得N路并行信號； 步驟A3、將步驟A2獲得的N路并行信號分別進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換，獲得N路變換結(jié)果；多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的變換系數(shù)受動態(tài)參數(shù)選擇模塊的控制； 步驟A4、將步驟A3獲得的N路變換結(jié)果進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，獲得一路串行信號； 步驟A5、將步驟A4獲得的一路串行信號進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，獲得模擬信號； 步驟A6、將步驟A5獲得的模擬信號進(jìn)行上變頻處理，并將處理后的信號發(fā)射至信道； 接收端的信號解密方法為步驟Bi、接收端接收發(fā)射端發(fā)射的信號，并將接收到的信號進(jìn)行下變頻處理，獲得處理后的信號；步驟B2、將步驟Bl獲得的處理后的信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號； 步驟B3、將步驟B2獲得的數(shù)字信號進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，獲得N路并行信號； 步驟B4、將步驟B3獲得的N路并行信號進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換，獲得N路變換結(jié)果；多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換的變換系數(shù)受動態(tài)參數(shù)選擇模塊的控制；步驟B5、將步驟B4中獲得的N路變換后結(jié)果進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，獲得一路串行信號； 步驟B6、將步驟B5中獲得的一路串行信號進(jìn)行解映射，獲得結(jié)果后輸出； N的取值為2的整數(shù)次冪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法，其特征在于步驟A3中所述將步驟A2獲得的N路并行信號分別進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的方法是步驟A31、將N路并行信號輸入至多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉模塊，并令A(yù) = 2, B = N/A ； 步驟A32、進(jìn)行層數(shù)為B、長度為A的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換；步驟A33、判斷A的值是否等于N，如果判斷結(jié)果為否，將A的取值乘以2、將B的取值除以2，并返回執(zhí)行步驟A32 ；如果判斷結(jié)果為是，則輸出N路并行信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法，其特征在于步驟B4中所述將步驟B3獲得的N路并行信號進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換的方法是步驟B41、將N路并行信號輸入至多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉模塊，并令A(yù) = N、B = N/A ； 步驟B42、進(jìn)行層數(shù)為B、長度為A的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換；步驟B43、判斷A的值是否等于2，如果判斷結(jié)果為否，將A的取值除以2、將B的取值乘以2，并返回執(zhí)行步驟A32 ；如果判斷結(jié)果為是，則輸出N路并行信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法，其特征在于步驟A32和步驟B42中每次進(jìn)行的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換中不同層的變換模塊采用不同的變換階次。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法，其特征在于步驟A32和步驟B42中每次進(jìn)行的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換中相同層的變換模塊采用不同的變換階次。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法，其特征在于步驟A32和步驟B42中每次進(jìn)行的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換均采用單參數(shù)的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法，其特征在于步驟A32和步驟B42中每次進(jìn)行的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換均采用多參數(shù)的形式。
全文摘要
一種基于多維單/多參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的保密通信方法，涉及一種保密通信方法。它解決了現(xiàn)有的保密通信方法的抗截獲性能差的問題。其加密方法N路并行信號分別進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換及進(jìn)行加密參數(shù)選擇；其解密方法N路并行信號進(jìn)行多維加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉逆變換及進(jìn)行解密參數(shù)選擇。在加密和解密過程中，均采用多維加權(quán)變換模塊進(jìn)行信號處理，一個(gè)多維的加權(quán)變換模塊由多個(gè)處于不同層上的一維變換模塊構(gòu)成。每次進(jìn)行的加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換中不同層的變換模塊可以采用不同的變換階次，相同層的變換模塊也可以采用不同的變換階次。每個(gè)一維變換模塊均可以采用單參數(shù)的形式或多參數(shù)的形式，彼此之間相互獨(dú)立。因此，極大的拓展了整個(gè)系統(tǒng)的密匙空間。本發(fā)明適用于保密通信過程中。
文檔編號H04L9/08GK102201914SQ201110196969
公開日2011年9月28日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者吳瑋, 房宵杰, 李濤, 梅林 , 沙學(xué)軍, 熊李娜, 白旭 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)