專利名稱：基于變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)frft通信的保密和解密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及FRFT(分?jǐn)?shù)傅立葉變換)的信號(hào)處理 和通信的保密與解密方法。
背景技術(shù)：
FRFT是一種重要的時(shí)頻分析工具，近些年來得到了較為廣泛的研究， 并在一些工程技術(shù)領(lǐng)域得以應(yīng)用。FRFT是對(duì)傳統(tǒng)傅立葉變換的推廣，其根 本特點(diǎn)可以理解為對(duì)傅立葉變換特征值的分?jǐn)?shù)化。參數(shù)取值的連續(xù)性、旋轉(zhuǎn) 相加性和對(duì)信號(hào)時(shí)頻形式的統(tǒng)一性是FRFT的基本性質(zhì)。FRFT大致分為 經(jīng)典類FRFT和加權(quán)類FRFT。
經(jīng)典類FRFT是提出比較早的一種FRFT形式，它直接從傅立葉變換積 分核及特征值出發(fā)，加以推廣和完備。由于經(jīng)典FRFT具有chirp (切普)形 式的正交基，因而經(jīng)典類FRFT又被稱為chirp類FRFT。目前有關(guān)FRFT的 研究和應(yīng)用大多集中在經(jīng)典類上，經(jīng)典FRFT在求解微分方程、量子力學(xué)、 信號(hào)分析和處理等科學(xué)研究中有著比較廣泛的應(yīng)用；工程技術(shù)方面，如光通 信系統(tǒng)、光圖像處理等光學(xué)相關(guān)領(lǐng)域是最早利用經(jīng)典FRFT的，也是目前應(yīng) 用最成功的。但是受限于經(jīng)典FRFT的離散算法問題，其在通信領(lǐng)域的應(yīng)用 受到了比較大的限制。
加權(quán)類FRFT (WFRFT)是有別于經(jīng)典類FRFT的一種新型數(shù)學(xué)工具，它 的數(shù)學(xué)性質(zhì)在光學(xué)系統(tǒng)中得到了很好的體現(xiàn)，并且可以通過簡(jiǎn)單的光學(xué)器件 加以實(shí)現(xiàn)，因而在信息光學(xué)中得以廣泛的應(yīng)用。
隨著對(duì)FRFT研究的深入，WFRFT的定義被不斷推廣，并在某種程度上 與經(jīng)典類FRFT統(tǒng)一。WFRFT定義形式可以適用于任何具有周期性的變換。
利用這一性質(zhì)，可以將連續(xù)WFRFT定義推廣到離散序列的WFRFT。 傳統(tǒng)連續(xù)的四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換(4-WFRFT)的定義為
<formula>complex formula see original document page 4</formula>
其中"。 &為由動(dòng)態(tài)加密參數(shù)"控制的加權(quán)系數(shù)，具體表達(dá)形式為
<formula>complex formula see original document page 4</formula>
動(dòng)態(tài)加密參數(shù)"的取值周期為4，這里設(shè)定"的取值范圍為
或[-2,2] 之間的任何實(shí)數(shù)，對(duì)于取值范圍之外的實(shí)數(shù)，加權(quán)系數(shù)",(h0,l,2,3)將隨著"
呈現(xiàn)周期性變化。當(dāng)"-0時(shí)4-WFRFT的結(jié)果為/W，當(dāng)6^1時(shí)4-WFRFT的 結(jié)果為i^)。其中/W為被變換的函數(shù)，/(-0為/(0以原點(diǎn)為中心的反轉(zhuǎn)函數(shù); P(/)為與/W成傅立葉變換對(duì)的函數(shù)，F(xiàn)(-O為F( )以原點(diǎn)為中心的反轉(zhuǎn)函數(shù)。 由傳統(tǒng)連續(xù)的4-WFRFT推廣的離散序列的4-WFRFT的定義為
腫
(a) = *Sexp{±^^[(4m, +1) (& + 4",)_儀
(/ = 0,1,2,3)
是由《 、 MK =[附。,w2,,]禾t1 WK = "2，",]這9個(gè)參數(shù)共同控制的加權(quán)系
數(shù)形式，其中7Wr和A^均為實(shí)向量。當(dāng)7Wr和AV均為0時(shí)，w,與",定義系數(shù) 等價(jià)。x(")與X^)是離散傅立葉變換(DFT)對(duì)，DFT采用以下形式定義
1
糊
—/——紐
~
推廣的離散序列的4-WFRFT繼承了傳統(tǒng)連續(xù)的4-WFRFT的所有性質(zhì)，
此外還可以通過對(duì)實(shí)向量MK和A^的調(diào)整來控制變換的周期性及特征向量 的旋轉(zhuǎn)。總之，推廣的離散序列的4-WFRFT更加復(fù)雜，但理論上更加完整， 實(shí)際應(yīng)用時(shí)更加靈活多變。
申請(qǐng)?zhí)枮?00810063871.2，題目為"一種基于四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換 的通信保密和解密方法"的專利申請(qǐng)，當(dāng)非目的接收機(jī)已知發(fā)射機(jī)采用的是 四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換進(jìn)行信號(hào)加密，特別是加密參數(shù)較為簡(jiǎn)單時(shí)，非目 的接收機(jī)就能通過對(duì)加密參數(shù)進(jìn)行逐一掃描來破解加密信號(hào)，從而獲得真實(shí) 信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決當(dāng)非目的接收機(jī)已知發(fā)射機(jī)采用的是四項(xiàng)加權(quán)分 數(shù)傅立葉變換進(jìn)行信號(hào)加密，特別是加密參數(shù)較為簡(jiǎn)單時(shí)，采用一種基于四 項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的通信保密和解密方法非目的接收機(jī)就能通過對(duì)加密 參數(shù)進(jìn)行逐一掃描來破解加密信號(hào)，從而獲得真實(shí)信號(hào)的問題，現(xiàn)提出基于 變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)FRFT通信的保密和解密方法。
本發(fā)明所述的基于變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)FRFT通信的保密和解密方法是通 過以下步驟實(shí)現(xiàn)的在發(fā)射機(jī)端，數(shù)據(jù)源經(jīng)過基帶調(diào)制后送給加密模塊，加 密模塊在動(dòng)態(tài)加密參數(shù)"、動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量iW^和AV的控制下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行四 項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換，經(jīng)過數(shù)字載波調(diào)制模塊后的加密信號(hào)再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換 經(jīng)過上變頻器后送入信道傳送；在接收機(jī)端，經(jīng)過下變頻器和A/D采樣后的 數(shù)據(jù)送往解密模塊，在解密模塊中首先通過數(shù)字載波相干解調(diào)模塊，接著再 經(jīng)過動(dòng)態(tài)解密參數(shù)-"、動(dòng)態(tài)解密實(shí)向量MF、 AV控制的四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立 葉變換之后，得到解密信號(hào)，然后進(jìn)行基帶解調(diào)工作；所述的動(dòng)態(tài)加密參數(shù)"、 動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量Mr和AV 、動(dòng)態(tài)解密參數(shù)-"以及動(dòng)態(tài)解密實(shí)向量Mr和WF 均使用相同結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)參數(shù)選擇模塊實(shí)現(xiàn)加密或解密參數(shù)動(dòng)態(tài)改變工作，這 種改變都是通過特定速率的偽隨機(jī)碼和與偽隨機(jī)碼相適應(yīng)的參數(shù)變化圖樣產(chǎn) 生的。
在本發(fā)明中，動(dòng)態(tài)加密參數(shù)"的選擇原則上為任意實(shí)數(shù)，但由于周期性 的存在，"通常選取
或[-2,2]之間的實(shí)數(shù)。對(duì)于固定的"，理論上只有一 個(gè)最優(yōu)的準(zhǔn)則可以從加密后的信號(hào)恢復(fù)出原始信息信號(hào)，即對(duì)加密后的信號(hào) 做參數(shù)為-"的四項(xiàng)加權(quán)類分?jǐn)?shù)傅立葉變換。由于a選擇的靈活性，使得系統(tǒng) 用戶可以根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)選擇不同的加密參數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行加密。當(dāng)參數(shù)選 取得當(dāng)時(shí)，加密信號(hào)將呈現(xiàn)類高斯的分布特性。
為了抵抗非目的接收機(jī)對(duì)加密參數(shù)"的掃描，引入動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量Mr和 A^。當(dāng)動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量iV/K吣W、0時(shí)，若輸入信號(hào)為經(jīng)過數(shù)字調(diào)制(MPSK或 MQAM)的隨機(jī)信號(hào)時(shí)，隨著參數(shù)《的改變，變換后信號(hào)的實(shí)部和虛部將分別 服從高斯分布，這一特點(diǎn)使得變換后的信號(hào)具有與高斯白噪聲相似之處，進(jìn) 而可以起到信號(hào)加密的作用；當(dāng)動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量A^和wr不全為零時(shí)，變換 后的信號(hào)將呈現(xiàn)更為復(fù)雜的變化，可以使得變換后的信號(hào)出現(xiàn)"星座分裂" 的變化，進(jìn)而用偽裝后的調(diào)制星座圖來保護(hù)原始的調(diào)制信息，也就是聚集的 星座點(diǎn)數(shù)比加密前調(diào)制星座點(diǎn)數(shù)要多，利用這一特性可以迷惑非目的接收機(jī)， 使其做出錯(cuò)誤的判斷。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是直接將離散序列的4-WFRFT引入到通信系統(tǒng)中，能 夠在不占用額外頻譜資源的條件下對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行加密，其實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度與 快速傅立葉變換算法相當(dāng)，占用系統(tǒng)硬件資源較少，易于實(shí)現(xiàn)。加密與解密 的核心單元相同，都是四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換模塊，故易于雙工通信時(shí)的復(fù)用，由于采用了偽隨機(jī)序列控制加密與解密參數(shù)的變化，使得加密后信號(hào) 的變化更加復(fù)雜，難于被直接的參數(shù)掃描所破解。


圖1是基于變參數(shù)四項(xiàng)加權(quán)類分?jǐn)?shù)傅立葉變換的保密通信裝置的結(jié)構(gòu)示
意圖；圖2是動(dòng)態(tài)加密參數(shù)"的動(dòng)態(tài)變化策略的示意圖，其中橫軸表示時(shí)間， 縱軸表示加密參數(shù)；圖3是當(dāng)動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MF和7VF中的各獨(dú)立分量采 用同一PW序列，/W序列在參數(shù)跳變的周期z;.內(nèi)有4個(gè)幀周期7^時(shí)，動(dòng)態(tài)加 密實(shí)向量MK和7VK的變化策略的示意圖；圖4是當(dāng)動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MK和 A/y中的各獨(dú)立分量采用同一尸7V序列，P7V序列在參數(shù)跳變的周期7^內(nèi)有16 個(gè)幀周期7>時(shí)，動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MK和AV的變化策略的示意圖；圖5是當(dāng) 動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MF和A^中的各獨(dú)立分量采用不同尸W序列或采用同一PN 碼的不同起始位置時(shí)的變化策略的示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式所述的基
于變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)FRFT通信的保密和解密方法通過下述步驟實(shí)現(xiàn)在發(fā)
射機(jī)端，數(shù)據(jù)源經(jīng)過基帶調(diào)制后送給加密模塊，加密模塊在動(dòng)態(tài)加密參數(shù)"、
動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MK和7VF的控制下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換，經(jīng) 過數(shù)字載波調(diào)制模塊后的加密信號(hào)再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換經(jīng)過上變頻器后送入信道傳 送；在接收機(jī)端，經(jīng)過下變頻器和A/D采樣后的數(shù)據(jù)送往解密模塊，在解密 模塊中首先通過數(shù)字載波相干解調(diào)模塊，接著再經(jīng)過動(dòng)態(tài)解密參數(shù)-《、動(dòng)態(tài) 解密實(shí)向量MF、 AV控制的四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換之后，得到解密信號(hào)， 然后進(jìn)行基帶解調(diào)工作；所述的動(dòng)態(tài)加密參數(shù)"、動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量M7和AT 、 動(dòng)態(tài)解密參數(shù)-"、動(dòng)態(tài)解密實(shí)向量MK和W「均可使用相同結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)參數(shù) 選擇模塊實(shí)現(xiàn)加密或解密參數(shù)動(dòng)態(tài)改變工作，它們都是由時(shí)鐘源控制偽碼發(fā) 生器輸出的特定速率的偽隨機(jī)碼，以及儲(chǔ)存在指令譯碼器中與所述特定速率 的偽隨機(jī)碼相適應(yīng)的參數(shù)變化圖樣共同決定的，根據(jù)實(shí)際情況，它們可以采 用相同的時(shí)鐘源及相同的偽碼發(fā)生器復(fù)用的方式。
在本實(shí)施方式中，動(dòng)態(tài)加密參數(shù)a的選擇原則上為任意實(shí)數(shù)，但由于周 期性的存在，"通常選取
或[-2,2]之間的實(shí)數(shù)。對(duì)于固定的《，理論上只 有一個(gè)最優(yōu)的準(zhǔn)則可以從加密后的信號(hào)恢復(fù)出原始信息信號(hào)，即對(duì)加密后的
信號(hào)做參數(shù)為-"的四項(xiàng)加權(quán)類分?jǐn)?shù)傅立葉變換。由于a選擇的靈活性，使得 系統(tǒng)用戶可以根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)選擇不同的加密參數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行加密。當(dāng)參 數(shù)選取得當(dāng)時(shí)，加密信號(hào)將呈現(xiàn)類高斯的分布特性。
為了抵抗非目的接收機(jī)對(duì)加密參數(shù)a的掃描，引入動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MF和 AV。當(dāng)動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量^^A^-0時(shí)，若輸入信號(hào)為經(jīng)過數(shù)字調(diào)制(MPSK或 MQAM)的隨機(jī)信號(hào)時(shí)，隨著參數(shù)"的改變，變換后信號(hào)的實(shí)部和虛部將分別 服從高斯分布，這一特點(diǎn)使得變換后的信號(hào)具有與高斯白噪聲相似之處，進(jìn) 而可以起到信號(hào)加密的作用；當(dāng)動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MF和wr不全為零時(shí)，變換 后的信號(hào)將呈現(xiàn)更為復(fù)雜的變化，可以使得變換后的信號(hào)出現(xiàn)"星座分裂" 的變化，進(jìn)而用偽裝后的調(diào)制星座圖來保護(hù)原始的調(diào)制信息，也就是聚集的 星座點(diǎn)數(shù)比加密前調(diào)制星座點(diǎn)數(shù)要多，利用這一特性可以迷惑非目的接收機(jī)， 使其做出錯(cuò)誤的判斷。
加密的具體步驟為
一、 數(shù)據(jù)源提供的二進(jìn)制數(shù)據(jù)經(jīng)過基帶調(diào)制后變?yōu)閺?fù)數(shù)形式的待加密信 號(hào)交予加密模塊進(jìn)行加密，其中基帶調(diào)制方式為MPSK或MQAM數(shù)字調(diào)制 方式；
二、 加密模塊同時(shí)分別逐幀對(duì)四個(gè)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行加密，數(shù)據(jù)序列的幀長 為離散傅立葉變換的長度，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇，通常選取2的整數(shù) 次冪。加密的核心即對(duì)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行加權(quán)求和，四個(gè)數(shù)據(jù)序列依次為輸入 的待加密數(shù)據(jù)序列、待加密數(shù)據(jù)序列經(jīng)過離散傅立葉變換后的序列、待加密 數(shù)據(jù)序列經(jīng)過反轉(zhuǎn)模塊處理后的序列和待加密數(shù)據(jù)序列依次經(jīng)過離散傅立葉 變換和反轉(zhuǎn)模塊處理后的序列；根據(jù)動(dòng)態(tài)選擇的加密參數(shù)a和動(dòng)態(tài)加密實(shí)向 量MF、 AV，并由系數(shù)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生加權(quán)系數(shù) w。 、 w, 、 w2 、 w3對(duì)被力口權(quán)數(shù)據(jù) 序列進(jìn)行加權(quán)求和；
三、 對(duì)加權(quán)后的復(fù)數(shù)序列進(jìn)行數(shù)字載波調(diào)制后輸出，即為加密后的信號(hào)。 解密的具體步驟為
(一) 、接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，首先進(jìn)行數(shù)字載波的相干解調(diào)得 到同相分量和正交分量，并以同相分量作為實(shí)部、正交分量作為虛部對(duì)應(yīng)相 加后進(jìn)行序列的同步處理，同步輸出序列即為待解密的復(fù)數(shù)序列；
(二) 、對(duì)待解密的復(fù)數(shù)序列做參數(shù)為- 、動(dòng)態(tài)解密實(shí)向量為MF和iVK的 四項(xiàng)加權(quán)類分?jǐn)?shù)傅立葉變換，具體過程與加密過程相同，變換后的序列即為
解密后的序列，可交由基帶解調(diào)模塊進(jìn)行下一歩的工作。
結(jié)合圖3說明動(dòng)態(tài)加密參數(shù)"的動(dòng)態(tài)變化策略動(dòng)態(tài)加密參數(shù)a的全周 期^=4被分成了8組，即分成a,、 a2、 "3、 《4、 《5、 《6、 《7和《8，每一組又
分成2份，其中同一組的兩份相距2，分別對(duì)應(yīng)于偽隨機(jī)碼為0和1時(shí)輸出
參數(shù)的取值區(qū)間。s,..為每一組參數(shù)區(qū)間的大小，也即每一幀數(shù)據(jù)變換時(shí)的參
數(shù)保護(hù)范圍。r,為每一幀數(shù)據(jù)持續(xù)的時(shí)間，r(,為參數(shù)跳變的周期，圖中所示 策略中r(，-3r,，這一比例可以根據(jù)需要調(diào)整。策略中參數(shù)變換的順序?yàn)椤?，
……，這一順序是事先設(shè)定的，也可以根據(jù)
需要適時(shí)調(diào)整。
結(jié)合圖3、圖4和圖5說明動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MF和WF的變化策略為
A、 當(dāng)動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MF和AV中的各獨(dú)立分量采用同一尸W (偽隨機(jī) 碼)序列時(shí)的變化策略為
a、 結(jié)合圖3說明當(dāng)尸7V序列在參數(shù)跳變的周期rc內(nèi)有4個(gè)幀周期r,.時(shí)，
每個(gè)PiV序列的幀依次對(duì)應(yīng)實(shí)向量中的一個(gè)分量m,或n, (/ = 0,1，2,3)，每個(gè)分 量只有兩種取值情況，即0或1。
b、 結(jié)合圖4說明當(dāng)尸7V序列在參數(shù)跳變的周期z;.內(nèi)有16個(gè)幀周期 >時(shí)， 每4個(gè)戶7V序列碼片對(duì)應(yīng)實(shí)向量中的一個(gè)分量，即每個(gè)分量等于一個(gè)4位二 進(jìn)制數(shù)表示的十進(jìn)制數(shù)。
c、 當(dāng)尸iV序列在參數(shù)跳變的周期^內(nèi)不足4個(gè)幀周期7;,時(shí)，將PW序列 在參數(shù)跳變的周期j;.內(nèi)進(jìn)行周期延拓使其具有4個(gè)幀周期7>后，再執(zhí)行策略 ac
d、 當(dāng)/W序列在參數(shù)跳變的周期z;.內(nèi)不足16個(gè)幀周期7;.時(shí)，將/W序列 在參數(shù)跳變的周期r,,內(nèi)進(jìn)行周期延拓使其具有4個(gè)幀周期j;,后，再執(zhí)行策略 b。
B、 結(jié)合圖5說明當(dāng)動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MF和A^中的各獨(dú)立分量采用不同 戶7V序列或采用同一 PN碼的不同起始位置時(shí)的變化策略為每個(gè)獨(dú)立分量按 照所采用的PAA序列的規(guī)律變化。
本實(shí)施方式均可由DSP (數(shù)字信號(hào)處理)、FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)或 FPGA+DSP實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施方式可以采用并行或串行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中并行結(jié)構(gòu) 更適合于FPGA，串行結(jié)構(gòu)更適合于DSP;若采用FPGA+DSP或其他硬件架構(gòu)， 則可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、基于變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)FRFT通信的保密和解密方法，在發(fā)射機(jī)端，數(shù)據(jù)源經(jīng)過基帶調(diào)制后送給加密模塊，加密模塊在動(dòng)態(tài)加密參數(shù)α、動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MV和NV的控制下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換，經(jīng)過數(shù)字載波調(diào)制模塊后的加密信號(hào)再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換經(jīng)過上變頻器后送入信道傳送；在接收機(jī)端，經(jīng)過下變頻器和A/D采樣后的數(shù)據(jù)送往解密模塊，在解密模塊中首先通過數(shù)字載波相干解調(diào)模塊，接著再經(jīng)過動(dòng)態(tài)解密參數(shù)-α、動(dòng)態(tài)解密實(shí)向量MV、NV控制的四項(xiàng)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換之后，得到解密信號(hào)，然后進(jìn)行基帶解調(diào)工作，其特征在于所述的動(dòng)態(tài)加密參數(shù)α、動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MV和NV、動(dòng)態(tài)解密參數(shù)-α以及動(dòng)態(tài)解密實(shí)向量MV和NV均使用相同結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)參數(shù)選擇模塊實(shí)現(xiàn)加密或解密參數(shù)動(dòng)態(tài)改變工作，這種改變都是通過特定速率的偽隨機(jī)碼和與偽隨機(jī)碼相適應(yīng)的參數(shù)變化圖樣產(chǎn)生的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)FRFT通信的保密和解 密方法，其特征在于加密的具體步驟為一、 數(shù)據(jù)源提供的二進(jìn)制數(shù)據(jù)經(jīng)過基帶調(diào)制后變?yōu)閺?fù)數(shù)形式的待加密信號(hào) 交予加密模塊進(jìn)行加密，其中基帶調(diào)制方式為MPSK或MQAM數(shù)字調(diào)制方式；二、 加密模塊同時(shí)分別逐幀對(duì)四個(gè)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行加密，數(shù)據(jù)序列的幀長為 離散傅立葉變換的長度，選取2的整數(shù)次冪；加密的核心即對(duì)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行加權(quán)求和，四個(gè)數(shù)據(jù)序列依次為輸入的待加密數(shù)據(jù)序列、待加密數(shù)據(jù)序列經(jīng)過離散傅立葉變換后的序列、待加密數(shù)據(jù)序列經(jīng)過反轉(zhuǎn)模塊處理后的序列和待加密數(shù)據(jù)序列依次經(jīng)過離散傅立葉變換和反轉(zhuǎn)模塊處理后的序列；根據(jù)動(dòng)態(tài)選擇 的加密參數(shù)"和動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MF、 wr，并由系數(shù)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生加權(quán)系數(shù) w。、 Wl、 w2、 ^對(duì)被加權(quán)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行加權(quán)求和；三、 對(duì)加權(quán)后的復(fù)數(shù)序列進(jìn)行數(shù)字載波調(diào)制后輸出，即為加密后的信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)FRFT通信的保密和解密 方法，其特征在于解密的具體歩驟為(一) 、接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，首先進(jìn)行數(shù)字載波的相干解調(diào)得到 同相分量和正交分量，并以同相分量作為實(shí)部、正交分量作為虛部對(duì)應(yīng)相加后 進(jìn)行序列的同步處理，同歩輸出序列即為待解密的復(fù)數(shù)序列；(二) 、對(duì)待解密的復(fù)數(shù)序列做參數(shù)為- 、動(dòng)態(tài)解密實(shí)向量為MF和AV的四項(xiàng)加權(quán)類分?jǐn)?shù)傅立葉變換，變換后的序列即為解密后的序列，可交由基帶解 調(diào)模塊進(jìn)行下一步的工作。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的基于變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)FRFT通信的保密 和解密方法，其特征在于動(dòng)態(tài)加密參數(shù)α的動(dòng)態(tài)變化策略為動(dòng)態(tài)加密參數(shù)α 的全周期Bα=4被分成了 8組，即分成α1, α2、 α3、 α4、 α5、α6、 α7和α8，每一組又分成2份，其中同一組的兩份相距2，分別對(duì)應(yīng)于偽隨機(jī)碼為0和1時(shí) 輸出參數(shù)的取值區(qū)間，BF為每一組參數(shù)區(qū)間的大小，也就是每一幀數(shù)據(jù)變換 時(shí)的參數(shù)保護(hù)范圍，TF為每一幀數(shù)據(jù)持續(xù)的時(shí)間，TC為參數(shù)跳變的周期，策略 中TC=3TF，這一比例可以根據(jù)需要調(diào)整，策略中參數(shù)變換的順序?yàn)棣?， α6，α7,α3,α8,α2,α4,α5...,這一順序是事先設(shè)定的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)FRFT通信的保密和解 密方法，其特征在于動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MA和NV的動(dòng)態(tài)變化策略為A、 當(dāng)動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MK和AV中的各獨(dú)立分量采用同--PN(偽隨機(jī)碼) 序列時(shí)的變化策略為a、 當(dāng)戶PN序列在參數(shù)跳變的周期TC內(nèi)有4個(gè)幀周期TF時(shí)，每個(gè)PN序列的 幀依次對(duì)應(yīng)實(shí)向量中的一個(gè)分量m1或n1，(l = 0，1，2，3)，每個(gè)分量只有兩種取值情況，即0或1;b、 當(dāng)戶PN序列在參數(shù)跳變的周期TC內(nèi)有16個(gè)幀周期TF時(shí)，每4個(gè)PN序 列碼片對(duì)應(yīng)實(shí)向量中的一個(gè)分量，即每個(gè)分量等于一個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)表示的十 進(jìn)制數(shù)；c、 當(dāng)PN序列在參數(shù)跳變的周期TC內(nèi)不足4個(gè)幀周期TF時(shí)，將PN序列在 參數(shù)跳變的周期TC內(nèi)進(jìn)行周期延拓使其具有4個(gè)幀周期TF后，再執(zhí)行策略a;d、 當(dāng)PN序列在參數(shù)跳變的周期TC內(nèi)不足16個(gè)幀周期TF時(shí)，將PN序列在 參數(shù)跳變的周期TC內(nèi)進(jìn)行周期延拓使其具有4個(gè)幀周期TF后，再執(zhí)行策略b;B、 當(dāng)動(dòng)態(tài)加密實(shí)向量MV和NV中的各獨(dú)立分量采用不同PN序列或采 用同一 PN碼的不同起始位置時(shí)的變化策略為每個(gè)獨(dú)立分量按照所采用的 PN序列的規(guī)律變化。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)FRFT通信的保密和解密 方法，其特征在于它由DSP、 FPGA或FPGA+DSP實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
基于變參數(shù)的四項(xiàng)加權(quán)FRFT通信的保密和解密方法，涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，為了解決非目的接收機(jī)在已知發(fā)射機(jī)采用四項(xiàng)加權(quán)FRFT進(jìn)行信號(hào)加密時(shí)，通過對(duì)加密參數(shù)逐一掃描就能破解加密信號(hào)的問題。它的方法是在發(fā)射機(jī)端，數(shù)據(jù)源經(jīng)過基帶調(diào)制后送給加密模塊，加密模塊在偽隨機(jī)碼和與它相適應(yīng)的參數(shù)變化圖樣決定的α、MV和NV控制下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行四項(xiàng)加權(quán)FRFT，經(jīng)過數(shù)字載波調(diào)制后的加密信號(hào)再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換及上變頻器后送入信道傳送；在接收機(jī)端，經(jīng)過下變頻器和A/D采樣后的數(shù)據(jù)送往解密模塊，在解密模塊中進(jìn)行數(shù)字載波相干解調(diào)，經(jīng)過由偽隨機(jī)碼和與它相適應(yīng)的參數(shù)變化圖樣決定的-α、MV和NV控制的四項(xiàng)加權(quán)FRFT之后，得到解密信號(hào)，然后進(jìn)行基帶解調(diào)工作。
文檔編號(hào)H04L9/28GK101345618SQ20081013694
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者軍 史, 吳少川, 寧曉燕, 林 梅, 沙學(xué)軍, 旭 白, 高玉龍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)