[发明专利]基于混沌加密系统的无线汉字传输装置

说明书

技术领域

通信工程领域，无线汉字传输装置。 

背景技术

随着计算机和网络技术的日益普及，信息安全已成为学术界和企业界所共同关注的研究热点和关键问题。安全功能的复杂性以及攻击手段的层出不穷，迫切需要研究和开发出更多安全、高效、可靠的信息安全技术。 

近年来，数字混沌加密引起了研究人员广泛的关注，许多学者认为混沌理论和现代密码学存在着紧密地联系，如混沌系统具有的对初始条件和结构参数极端敏感的特性。随着对混沌理论研究的不断深入，数字混沌系统将广泛应用于现代密码学中。从国内外混沌加密领域的专利查新结果看，目前国内在混沌密码方面的研究还比较少，国外已有一些使用混沌对信息进行加密、解密的研究。但对基于FPGA技术混沌密码体制的研究，国际尚处在起步阶段，需要做的工作还很多。

发明内容

本项目的目的在于提供一种将混沌密钥序列应用在可以实现保密性能高，实时性传输，运算处理速度快，集成度高，便于携带的无线汉字传输装置。本项目的目的是这样实现的： 

1. 混沌加密通信系统

混沌通信总体设计功能框图如图1所示，混沌加密通信系统框图如图2所示，采用混沌加密核进行加密，实现了信息的实时性传输，信息的传输完全依托于硬件实现，增强了加密的可靠性与安全性。为实现信息的长距离无线传输，本项目选取了工业级蓝牙模块。混沌加密通信系统包括时钟模块、波特率发生器、复位模块、PS2控制器模块、LCD液晶显示模块、主控制CPU模块、混沌密钥生成模块、加密模块、缓冲模块和异步串行发送模块。

2. 混沌解密通信系统

混沌解密通信系统框图如图3所示，混沌解密通信系统包括时钟模块、波特率发生器、复位模块、PS2 /LCD液晶显示模块、主控制CPU模块、混沌模块和异步串行接收模块。

3. 混沌加密无线汉字传输装置的硬件电路设计原理框图

根据通信系统的要求，硬件电路由主控制FPGA芯片、供电电路、下载电路、键盘输入电路、显示电路和无线传输系统等电路组成。硬件电路原理框图如图4所示。FPGA采用Altera公司CycloneII系列的芯片，这个系列的产品具有与其上一代产品相同的优势。CycloneII器件采用90nm，低K值电介质工艺，通过使硅片面积最小化，可以在单芯片上支持复杂的数字系统。使用EP2C8Q208C8芯片，此FPGA芯片共有208个引脚，IO引脚有138个，所以资源比较丰富，可以灵活定义IO口，其配置芯片选择EPCS4。

4. 混沌密钥发生模块设计

混沌密码产生流程：（1）混沌密钥初值的输入。8次键盘输入，每一次按键会输入4位二进制数。8次输入共输入32位混沌密钥初值，所输入的密钥初值存储在缓存中。（2）当密钥32位初值输入完毕后，CPU对混沌模块产生一个使能信号将32位初值送到混沌模块。（3）对产生的混沌密钥进行串并转换，产生并行的混沌信号，用于数据加密。混沌信号产生的原理框图如图5所示。

5. 混沌模块

Logistic 映射其数学表达式为x_n+1=μx_n[1-x_n]，μ(0,4)，x_n(0,1)。当μ取值[3.5699456,4]时，Logistic映射进入混沌态并表现出复杂的动力学特性。根据此方程设计了如图6所示的Logistic混沌映射数字电路模型，其中Input为时间序列的初始值，Shift和Sampler为获得二值输出序列量化单元，其他模块是Logistic混沌映射运算单元，密钥序列发生器的输出为Output。

作为密钥序列发生器，首先要考虑初始密钥的选取。通过实验测试和分析，可看出输出序列的统计特性受运算精度、方程参数和初始值影响。混沌动力学的研究表明，当μ取值[3.5699456,4]时，Logistic映射处于混沌状态，产生的序列是非周期不收敛的。但从李亚谱诺夫指数曲线可以看出在该区间并不都是处于混沌状态，且仅当μ=4时，该映射才是一个单位区间[0，l]上的满射，产生的混沌序列才具有遍历性，因此μ不能作为混沌加密的初始密钥输入。当初始值出现微小偏差，轨道按指数速度分离，从而导致对系统行为的长期预测是不可能的，也正是由于混沌系统对初值的敏感性，对混沌系统赋以不同的初值，就可以获得一组不同且不相关的混沌序列。因此，我们选择混沌系统的初始值作为混沌的密钥输入。