[发明专利]OFDM通信信号物理层加密方法及装置

说明书

本发明属于通信安全技术领域，特别涉及一种OFDM通信信号物理层加密方法及装置，该方法包含：通过通信信号发送端密钥生成模块进行混沌相位序列初值的逐符号切换；结合改进型Logistic混沌映射和Chebyshev混沌映射生成动态复合混沌序列，并对复合混沌序列进行非线性扰动，得到用于加密的混沌序列；将混沌序列映射到OFDM旋转相位向量完成物理层加密。本发明通过混沌序列初值的逐符号切换，然后结合改进型Logistic混沌映射和Chebyshev混沌映射生成复合混沌序列，通过非线性扰动提升序列随机性，充分利用混沌映射的初值敏感性，进一步增大破译难度，且相比传统混沌相位加密方案，运算量有较大幅度的减少，提升加密混沌性能的同时还极大强化了通信安全性能，具有较好的应用价值。

技术领域

本发明属于通信安全技术领域，特别涉及一种OFDM通信信号物理层加密方法及装置。

背景技术

长期以来，无线通信系统因其开放性和广播性而面临着来自非法接收方的攻击威胁，因此通信安全技术一直是通信研发领域的研究热点。随着通信技术在社会生活中的作用越来越突出，通信安全领域的技术创新成为新一轮国际竞争的重要衡量指标。在一些涉及国家安全、军事信息、外交及商业机密的通信场景下，通信的安全性能甚至比传输性能更为重要。传统无线通信系统的安全机制集中设置于链路层和应用层，大多数是应用经典密码体制来实现对比特信息的加密和解密。此类加密方案能提供有效的数据保密性、相互认证和完整性，但却无法保护MAC(Media Access Control)层的MAC头和勤务帧，导致系统无法抗击DOS(Denial of Service)攻击。传统的无线通信安全技术没有从物理层切入，而事实上，基于物理层加密的安全技术可以作为一道坚固防线，与传统通信安全技术相结合，从而保证无线信号传输过程的安全性能。目前，常见的基于物理层加密的安全技术有以下三种：一、发射信号方式安全技术，其主要原理是将微弱的人工噪声引入到发送端，实现对窃听信道的干扰，同时不损坏合法信道的接收误码性能；二、扩频加密技术，其典型的应用通信系统是美军的联合战术信息分发系统。三、调制方式加密技术，其基本思想是在基带调制环节对星座图随机增添相位旋转和幅度振荡。将混沌理论运用于星座图随机相位序列的生成，得到的混沌相位序列具备良好的伪随机特性，因而能较好地保证通信安全。

近年来，有关正交频分复用(Orthgonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)通信系统物理层安全的研究成果层出不穷。基于混沌加密处理的OFDM无光源网络(OFDM-Passive Optical Networks，OFDM-PON)系统，针对信号在移动通信长期演进(LongTerm Evolution，LTE)系统中传输的安全问题，提出一种基于随机相位旋转的物理层并行符号加密算法；在OFDM混沌相位加密的基础上，又利用混沌序列对子载波进行二次映射，进一步提升了通信安全性能；基于对称密钥加密的思想，在收发双方互相发送探测信号获取等效信道相位信息，再对三维星座图进行加密。充分利用无线信道相位响应的随机性、互易性，但容易受到相位噪声的干扰，从而导致接收端误码性能恶化。此外，与传统星座图调制相比，使用的三维星座图调制的传输效率降低了1/3。目前的OFDM物理层加密方案主要分为两类：一是利用发送端生成的混沌序列完成星座图的幅相加密，一般而言，此类方案在合法接收方的接收性能较好，但存在混沌序列随机性欠佳以及实现复杂度较高的问题。还有一类方案引入了对称密钥加密的思想，通过获取到的等效信道信息对星座图进行幅相加密，然而这类方案的接收性能受到信道噪声的干扰较大。

发明内容

为此，本发明提供一种OFDM通信信号物理层加密方法及装置，同时运用动态复合混沌序列产生机制和非线性扰动机制，在未能完全破解加密机制情况下，非法接收方无法破译信号数据，加密效果好，同样适用于对安全性能要求较高的通信场景。

按照本发明所提供的设计方案，提供一种OFDM通信信号物理层加密方法，包含如下内容：

A)通过通信信号发送端密钥生成模块进行混沌相位序列初值的逐符号切换；