[发明专利]分数阶复混沌系统的自纠错异步数字保密通信系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及分数阶复混沌系统的自纠错异步数字保密通信系统及方法。

背景技术

保密通信是将待传递的信息经过某种方式调制加密后通过信道传送给接收端，以保证信息在信道传递过程中的安全性。根据原始信息性质，分为模拟保密通信和数字保密通信两类。混沌信号所具有的遍历性、非周期性、连续的宽带频谱和似噪声等特性，使基于混沌的保密通信研究成为信息安全领域一个热点。

自20世纪九十年代，OGY混沌控制法和P-C同步法提出后，基于混沌同步方式的数字保密通信得到迅速发展，其中代表性为混沌键控(Chaos Shift Keying,CSK)数字保密通信方案。其方案可描述如下：

基于开关键控原理，使用驱动脉冲切换调制，根据数字信号“0”和“1”的传输情况交替发射两种不同混沌系统的脉冲信号，利用脉冲信号的间断性实现驱动脉冲的单信道传输；接收端同时采用这两种系统作为响应系统，通过两列误差脉冲信号大小的对比判断在某个时段内所接收到的脉冲信号由哪个系统发出，从而实现数字信号的恢复。

假设s(t)为有用信号；l(t)为送入信道的信号；l′(t)为叠加了噪声影响的信号；d₁(t)和d₂(t)分别为混沌系统I和II发出的驱动脉冲.s(t)＝1时，l(t)＝d₁(t)；s(t)＝0时，l(t)＝d₂(t).设每个s(t)占用传输时间为T.接收方以混沌系统I作为响应系统I，混沌系统II作为响应系统II，同时对收到的脉冲进行同步操作，并生成相应的响应脉冲r₁(t),r₂(t)，把每个时间T中后半段的脉冲误差取绝对值相加，分别得到对应每个s(t)的累计误差E₁和E₂.当E₁＞E₂时，说明收到的这部分驱动脉冲来自混沌系统II，恢复出当E₁＜E₂时，说明收到的这部分驱动脉冲来自混沌系统I，恢复出

混沌键控方案最早由Dedieu等人提出[1]，随后在文献[2-4]等中经过多次研究，在安全性和系统鲁棒性等多方面进行改进。但需要看到的是，局限于系统的同步设计架构和键控切换原理，系统存在如下几方面问题：

1.通信双方位于地理位置不同的两端，信号通过中间信道传递，则必然会存在传输时延及信道噪声等实际问题。而现有技术对混沌同步的外在环境要求较高，上述环境干扰对发送端的驱动系统和接收端的响应系统间同步会产生极大影响，甚至导致长时间无法达到同步状态。

2.混沌键控原理是利用两套混沌系统产生的信号代替数字信号“0”和“1”。如果选用的两套混沌系统产生信号差别过大，容易受到攻击；而当信号差别很小，又可能导致接收端无法判定和解码。

3.混沌键控方案需要两套(多套)混沌系统，则必然导致系统设计的复杂性和成本增大。

4.在实际信号传输中，不论通信方案设计的再完善，因为外在干扰的存在，必然会导致传输信号发生错误。现有数字保密通信算法及方案均是从提高系统设计的鲁棒性入手，减少信号传输错误的发生概率，但无法针对已发生的传输错误在接收端实时检测及纠正，限制了现有方案的实际应用。

[1]Dedieu H,Kennedy M P,Hasler M.Chaos shift keying:modulation and demodulation of a chaotic carrier using self-synchronizing chua’s circuit(混沌键控:基于Chua电路自同步的混沌信号调制和解调).IEEE Trans.Circuits Systems-II,1993,40(10):634-642

[2]Yang H,Jiang G P.High-efficiency differential-chaos-shift-keying scheme for chaos-based noncoherent communication(高效差分混沌键控方案及其在基于混沌的非连续通信上的应用).Circuits and Systems II:Express Briefs,IEEE Transactions on,2012,59(5):312-316.