[发明专利]一种动态的AES物理层数据加密方法

说明书

本发明公开了一种动态的AES物理层数据加密方法，其包括以下步骤：步骤1，根据5G通信信道的信道矩阵生成动态密钥；步骤2，将所述动态密钥用于保守数字混沌系统，生成混沌序列；步骤3，采用所述混沌序列对AES物理层数据进行加密。本发明利用了5G物联网通信系统的节点动态特性和通信信道的随机性，并结合保守混沌系统的特性，形成了一种混沌AES数据加密方法，采用该方法可使通信系统的安全性能进一步提高。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种动态的AES物理层数据加密方法。

背景技术

为了有效保证物联网中数据的安全，数据不应以明文的形式存储在云端，将数据加密后再上传是较为稳妥的方式。物联网系统相关研究人员发现，为提高数据在传输过程中的安全性，把加密算法有效地运用到传输过程中，可对数据进行安全可靠的加密，进而提高数据传输过程中的安全性，从而避免数据被窃取利用。

混沌变换具有的高度初值敏感性、混合等基本特性表明其与密码学本身存在天然的联系，混沌信号具有的非周期性、连续宽带频谱和类噪声的特点使得混沌信号自身具有了较好隐蔽性。混沌信号优异的混合特性保证了基于混沌的加密方法的有效性。但是，现有的这些方案都是基于耗散型的数字混沌序列。而耗散混沌系统由其自身动力学特性会形成混沌吸引子。因而，窃密者可以利用一段连续混沌序列，通过基于神经网络的机器学习算法进行混沌系统的相空间重构，这在一定程度上降低基于数字耗散混沌序列的加密系统的保密性。而保守混沌系统不存在耗散混沌的吸引子，涉及的相空间范围更大，并且随机性更强，目前针对耗散混沌系统的预测手段均无效，因此保守混沌系统具有更好的安全性。

传统的物理层数据在进行加密时，每个通信节点一般采用固定的密钥进行加密，攻击者通过物理破坏攻击、统计分析攻击以及已知明文攻击可以很容易的获取密钥。这在一定程度上降低了系统的安全性。因此，需要设计动态密钥进行数据加密。基于5G的物联网系统中，需要设计5G网络切片，该技术就是指对网络数据实行类似于交通管理的分流管理，其本质是将现实存在的物理网络在逻辑层面上，划分为多个不同类型的虚拟网络，依照不同用户的服务需求，以诸如时延高低、带宽大小、可靠性强弱等指标来进行划分，从而应对复杂多变的应用场景。因此，将会导致每个节点都可作为中间节点为其他节点多跳转发数据，因此每次通信的信道都在发生变化。并且通信信道冲激响应的幅值、相位和时延会随着时间的推移、环境的改变和通信双方的状态发生随机变化。另外，5G传输信道还具有短时互易性，通信双方在相同的频率资源的不同时隙上传播信号，即上下行在时分双工机制下通信，若发送时间间隔足够短，可认为上行信道与下行信道的衰落特性基本一致。根据信道互易性可以让通信双方短时间内都能获取相同的信道特性。因此，我们根据基于5G的物联网传输信道的随机性和动态性生成动态密钥，并根据信道互易性保证通信双方获取相同密钥。从而提高5G通信系统物理层数据的安全性能。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供一种动态的AES物理层数据加密方法，其包括以下步骤：

步骤1，根据5G通信信道的信道矩阵生成动态密钥；

步骤2，将所述动态密钥用于保守数字混沌系统，生成混沌序列；

步骤3，采用所述混沌序列对AES物理层数据进行加密。

优选地，步骤2中的保守数字混沌系统以如下的公式表示，

式中：

x，y，z分别表示生成的保守混沌序列，

dx，dy，dz分别表示对x，y，z的微分，

A表示控制参数，且A∈[-5000,5000]，

所述保守混沌系统的初始值为所述动态密钥。

优选地，通过测量所述5G通信信道，获得所述信道矩阵。