一种信道加密传输方法技术

本发明专利技术公开了一种信道加密传输方法，属于通信加密技术领域。本发明专利技术是在发送端设计一非线性数字滤波器f()模拟信道传输特性，当待发送信号经过该非线性滤波器时，信号所在频率位置产生非线性频谱增生和非常数群时延失真：当非线性频谱增生的功率大于原始信号功率时，该信号的信号噪声干扰比将大大降低，甚至变为负值；同时非常数群时延失真则通过增加码间串扰的方式降低原始信号的解调性能；上述两种干扰分别从信号幅度和相位两个方面降低其解调性能；在信号接收端，合作方根据f()生成与其幅频响应特性相逆的匹配滤波器f

A Channel Encrypted Transmission Method

The invention discloses a channel encryption transmission method, which belongs to the field of communication encryption technology. The present invention is to design a non-linear digital filter f() at the transmitter to simulate channel transmission characteristics. When the transmitted signal passes through the non-linear filter, the frequency position of the signal generates non-linear spectrum multiplication and non-constant group delay distortion. When the power of the non-linear spectrum multiplication is greater than the power of the original signal, the signal noise interference ratio of the signal will be greatly reduced or even become negative. At the same time, the non-constant group delay distortion reduces the demodulation performance of the original signal by increasing intersymbol interference; the above two kinds of interference reduce the demodulation performance from the signal amplitude and phase, respectively; at the signal receiving end, the cooperator generates a matched filter f according to f(), which is inverse to its amplitude-frequency response characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种信道加密传输方法
本专利技术方法属于通信加密
，更具体地，涉及一种信道加密传输方法。
技术介绍
无线通信系统的通信保密性具有战略意义，是一个重要研究问题。目前，传统的加密技术大多作用于通信系统的网络层，其主要原理是基于某种加密算法生成对称密钥或非对称密钥，再利用其对待发送消息明文进行加密，使其转化为可被非合作接收方截获但无法解释的密文，合作接收方则可利用事先约定好的匹配密钥对密文进行解密，使其恢复成可以理解的明文，由此来实现信息的保密传输。但随着数据终端软硬件性能的不断提升，其数据处理速度大大提高，尤其是量子计算技术的发展，理论上甚至可以利用遍历搜索的方法，在可以接受的时间范围内破译密文内容，这严重威胁数据传输安全性。而传统的加密技术只能通过进一步增加密钥长度，提高破解密钥的计算复杂度的方式对数据安全进行保障。密钥长度的增加意味着加密和解密方法的实现难度的增加，这会影响到信息传输时效性。目前较常见的物理层加密技术是利用合作收发双方共有的伪随机序列，如m序列等，对待发送基带信号进行异或(XOR)操作，改变已调信号的原始符号，从而掩盖待发送的真实信息内容，对于非合作接收方，则因缺失加密序列，无法对密文进行解释。区别于传统加密技术，物理层加密技术实现信息遮掩与隐藏，进而影响非合作方对信息的截获、恢复和破译，对通信系统实现复杂度的影响较低，同时不需要区分所发送的内容，是一种处理速度更快，发送效率更高的加密方式。从通信系统模型的角度来看，类似于上述XOR的加密技术的却是在物理层是完成的，属于物理层加密技术，但该种策略依然未摆脱对加密码本的依赖，这意味着加密码本一旦泄露，通信的保密性和安全性将无法保证。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种信道加密传输方法，其目的在于模拟发送信号在物理信道传输过程中产生的信号失真，包括相位失真和非线性失真，利用信号本身的记忆非线性效应，使信息隐藏在看似毫无意义的非线性信号中，对非合作方的信息接收判决环节制造障碍，使得其对接收码的判决毫无意义，进而影响其对信息的截获、恢复和破译。为实现上述目的，本专利技术提供了一种信道加密传输方法，所述方法包括信号的加密和信号的解密：设信号的加解密过程表示为：z(n)＝f-1{f[x(n)]}；其中，x(n)为原始信号，z(n)为解密信号；原始信号和解密信号之间满足：z(n)＝x(n-τ)，其中τ为常数延时；非线性加密滤波器f()和非线性解密滤波器f-1()组成一对互逆的非线性时域响应函数；所述f()和f-1()为带有记忆效应的非线性行为模型，所述f()和f-1()的记忆非线性效应由有限冲击响应滤波器和非线性模型级联组成。进一步地，在所述有限冲击响应滤波器和非线性模型级联组成结构中，所述有限冲击响应滤波器不限于单级；所述有限冲击响应滤波器和非线性模型的级联顺序不固定；所述非线性模型的类型包括无记忆非线性模型和记忆非线性模型。进一步地，所述有非线性加密滤波器f()由g()和h()级联构成，f()＝h[g()]；其中，g()为有限冲激响应滤波器，h()为无记忆非线性模型；非线性解密滤波器f-1()由h-1()和g-1()级联构成，f-1()＝g-1[h-1()]；其中，h-1()和h()互为逆函数，g-1()和g()互为逆函数。进一步地，所述h-1()和h()的推导方法为：原始信号x(n)的三阶互调分量的数学表示为|x(n)|2x(n)，则加密后输出信号f[x(n)]表示为：f[x(n)]＝ax(n)+c|x(n)|x(n)(1)其中，a＝1，c＞0；将加密前后的信号用虚数表示：x(n)＝i+jqf[x(n)]＝I+jQ(2)其中，j表示复数单位，i和q分别表示发射端基带信号的实部和虚部，I和Q分别表示接收信号经过数字下变频处理后所得的基带信号的实部和虚部；将(2)式代入(1)式变换后得：由上式推得的自变量为i，因变量为I的函数I＝h(i)即为h()，i＝h-1(I)即为h-1()；或自变量为q，因变量为Q的函数Q＝h(q)即为h()，q＝h-1(Q)即为h-1()。进一步地，所述i＝h-1(I)具体为：其中，进一步地，所述q＝h-1(Q)具体为：其中，进一步地，所述滤波器g-1()和g()的推导方法为：设滤波器g-1()和g()相对于频率的群延时特性曲线为delayg(ω)和满足，其中，ω为频率值；确定ω∈[0,π]时，群延时特性曲线delayg(ω)和由群时延的定义知，由delayg(ω)和可分别对ω积分求得滤波器g-1()和g()的相位函数φg(ω)和由滤波器g-1()和g()的相位函数满足中心对称的特点，确定ω∈[π,2π]时的滤波器g-1()和g()的相位函数φg(ω)和由ω∈[0,2π]时的滤波器g-1()和g()的相位函数φg(ω)和求得全通滤波器的频域响应为：其中，j表示复数单位，Hg(ω)和分别表示滤波器g-1()和g()的频域响应；对全通滤波器的频域响应Hg(ω)和进行离散傅里叶逆变换即可求得滤波器g-1()和g()的时域系数。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术特征及有益效果：(1)本专利技术方法利用通信系统收发链路的物理特性，提出了基于主动记忆非线性变换的物理层信道加密安全通信新方法，该方法模拟发送信号在物理信道传输过程中产生的信号失真，包括相位失真和非线性失真，利用信号本身的记忆非线性效应，使信息隐藏在看似毫无意义的非线性信号中，对非合作方的信息接收判决环节制造障碍，使得其对接收码的判决毫无意义，进而影响其对信息的截获、恢复和破译；本专利技术方法不依赖于加密码本，非合作方只能通过自适应非线性系统参数辨识的方法对物理信道的失真特性进行估计，以尽可能提高接获信号的解调效果。但只要合作通信方对加密信道的参数进行合理的设置和定期的改变，就可以保证，基于非线性系统辨识的计算成本(计算复杂度)和时间成本(自适应辨识迭代耗时)对于非合作接收方是无法接收的，通信安全性大大提高；(2)本专利技术方法为收发双方提供了一个物理层加密的基础框架，当待发送基带信号经过所设计的非线性滤波器时，信号所在频率位置产生非线性频谱增生以及非常数群时延失真：当非线性频谱增生的功率大于原始信号功率时，该信号的信号噪声干扰比(SINR)将大大降低，甚至变为负值；同时非常数的群时延失真则通过增加码间串扰的方式降低原始信号的解调性能；(3)本专利技术方法在非常数群延时相位滤波器变换对设计中，尽量使待加密信号所占用频率范围内的群时延曲线相对于频率ω的变化关系更加复杂，可大大增加原始信号的码间串扰，从而使加密后信号的解调效果受到严重影响，从而使加密后信号的解调效果受到严重影响，信号更难于被外界破解；(4)采用本专利技术中的加密方法，使用者可为主动加密用户提供了更多加密函数选择，因此灵活度更高，非合作接收方破译难度更大。附图说明图1是本专利技术方法加解密的数学模型示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信道加密传输方法，其特征在于，所述方法包括信号的加密和信号的解密：设信号的加解密过程表示为：z(n)＝f‑1{f[x(n)]}；其中，x(n)为原始信号，z(n)为解密信号；原始信号和解密信号之间满足：z(n)＝x(n‑τ)，其中τ为常数延时；非线性加密滤波器f()和非线性解密滤波器f‑1()组成一对互逆的非线性时域响应函数；所述f()和f‑1()为带有记忆效应的非线性行为模型，所述f()和f‑1()的记忆非线性效应由有限冲击响应滤波器和非线性模型级联组成。

【技术特征摘要】
1.一种信道加密传输方法，其特征在于，所述方法包括信号的加密和信号的解密：设信号的加解密过程表示为：z(n)＝f-1{f[x(n)]}；其中，x(n)为原始信号，z(n)为解密信号；原始信号和解密信号之间满足：z(n)＝x(n-τ)，其中τ为常数延时；非线性加密滤波器f()和非线性解密滤波器f-1()组成一对互逆的非线性时域响应函数；所述f()和f-1()为带有记忆效应的非线性行为模型，所述f()和f-1()的记忆非线性效应由有限冲击响应滤波器和非线性模型级联组成。2.根据权利要求1所述的一种信道加密传输方法，其特征在于，在所述有限冲击响应滤波器和非线性模型级联组成结构中，所述有限冲击响应滤波器不限于单级；所述有限冲击响应滤波器和非线性模型的级联顺序不固定；所述非线性模型的类型包括无记忆非线性模型和记忆非线性模型。3.根据权利要求1或2所述的一种信道加密传输方法，其特征在于，所述有非线性加密滤波器f()由g()和h()级联构成，f()＝h[g()]；其中，g()为有限冲激响应滤波器，h()为无记忆非线性模型；非线性解密滤波器f-1()由h-1()和g-1()级联构成，f-1()＝g-1[h-1()]；其中，h-1()和h()互为逆函数，g-1()和g()互为逆函数。4.根据权利要求3所述的一种信道加密传输方法，其特征在于，所述h-1()和h()的推导方法为：原始信号x(n)的三阶互调分量的数学表示为|x(n)|2x(n)，则加密后输出信号f[x(n)]表示为：f[x(n)]＝ax(n)+c|x(n)|x(n)(1)其中，a＝1，c＞0；将...

【专利技术属性】
技术研发人员：金江，赵文，马洪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42