CN112217628B - 一种通信信号混沌加密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通信信号混沌加密方法，在信号发送端，根据混沌系统中混沌信号的维数随机产生若干个数作为混沌系统的初始值，初始值的个数与混沌信号的维数相等；随机产生正整数作为计算的步数X；根据产生的初始值和步数，计算出混沌系统信号步数X对应的数值；根据需要加密的信号数据的个数，依次计算混沌系统信号步数X+1，X+2，X+3，……X+n对应的数值；将需要发送信号的数据与通过混沌系统计算出的数据叠加进行加密；发送的数据就包括了混沌系统初始值、步数、步长、加密后的信号数据；本发明涉及通信信号处理技术领域。该一种通信信号混沌加密方法，通过本方法可以避免在数据传输过程中信息被窃取，具有较好的信息保密效果。

Description

一种通信信号混沌加密方法
技术领域
本发明涉及通信信号处理技术领域，具体为一种通信信号混沌加密方法。
背景技术
随着科学技术的发展，通信技术也有了极大地发展。在通信过程中也存在一定的不安全因素，特别是传递需要保密的信息。通信中信息的保密是非常重要的。目前常用的加密方式都是通过基于密码学的密码进行编码，将有用信息加密成看起来杂乱的密文进行传输。混沌信号恰好具有非周期性、高度复杂性、天然的隐蔽性、类似噪声、长期不可预测性、易于实现等特性，从而使其非常适合应用于保密通信过程，利用混沌系统对通信信号进行加密具有深远意义。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种通信信号混沌加密方法，使得加密后的信号不容易被解析，提高了通信的可靠性，减小了信号在通信过程中泄密的风险。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种通信信号混沌加密方法，包括具体方法如下：首先，在信号发送端，根据混沌系统中混沌信号的维数随机产生若干个数，作为混沌系统的初始值，初始值的个数与混沌信号的维数相等；
然后，随机产生正整数作为计算的步数X，按照随机产生步数进行后续混沌信号的计算，步数的范围根据发送端和接收端处理器的计算速度确定，大于100，保证混沌系统信号的复杂性；
然后，根据产生的初始值和步数，计算出混沌系统信号步数X对应的数值；
然后，根据需要加密的信号数据的个数，依次计算混沌系统信号步数X+1，X+2，X+3，……X+n对应的数值；
然后，将需要发送信号的数据与通过混沌系统计算出的数值叠加进行加密，在发送端进行混沌信号加密的过程中进行加减乘除运算；
然后，将发送的数据进行整理，发送的数据包括了混沌系统初始值、步数、加密后的信号数据；
然后，在信号接收端，根据接收到的初始值、步数计算出混沌系统信号步数X对应的数值；
然后，根据需要解密的信号数据的个数，依次计算混沌系统信号步数为X+1，X+2，X+3，……X+n对应的数值；
最后，在接收端，将接收到的加密后的数据信号和混沌系统信号进行与发送端加密过程对应的反向运算，对数据进行还原，即发送端和接收端进行相应的加密解密过程。
优选的，所述发送端要产生随机数作为混沌系统计算的初始值，产生一个正整数作为混沌系统计算的步数。
优选的，使用的加密、解密混沌系统包括Lorenz系统、Chen系统、Liu混沌系统：
Lorenz系统
Figure GDA0003710058910000021
Chen系统
Figure GDA0003710058910000031
Liu混沌系统
Figure GDA0003710058910000032
优选的，将所述混沌系统离散化，通过随机产生的初始值和步数X计算X步的混沌系统的数值。
优选的，根据发送信号的个数n，依次计算依次计算X+1，X+2，X+3，……X+n对应的混沌系统的数值。
优选的，在信号发送端将信号数据和混沌系统的数值经过运算进行加密，在接收端将接收到的数据和混沌系统的数值经过对应的反向运算进行解密。
优选的，所述发送端和接收端设备具有加减乘除运算的能力，具有微控制器或CPU。
优选的，所述发送的数据包括了系统随机产生的混沌系统初始值、步数和经过加密后的信号数据。
优选的，所述在发送端进行混沌信号加密的过程中进行加减乘除运算，在接收端进行对应的反向运算对数据进行还原即可，即发送端和接收端进行相应的加密解密过程。
(三)有益效果
本发明提供了一种通信信号混沌加密方法。具备了以下有益效果：
该通信信号混沌加密方法，通过本方法可以避免在数据传输过程中信息被窃取，具有较好的信息保密效果。
附图说明
图1为本发明信号传输过程示意图；
图2为本发明发送端加密过程示意图；
图3为本发明接收端解密过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种通信信号混沌加密方法，包括具体方法如下：首先，在信号发送端，根据混沌系统中混沌信号的维数随机产生若干个数，作为混沌系统的初始值，初始值的个数与混沌信号的维数相等；
然后，随机产生正整数作为计算的步数X，按照随机产生步数进行后续混沌信号的计算，步数的范围根据发送端和接收端处理器的计算速度确定，大于100，保证混沌系统信号的复杂性；
然后，根据产生的初始值和步数，计算出混沌系统信号步数X对应的数值；
然后，根据需要加密的信号数据的个数，依次计算混沌系统信号步数X+1，X+2，X+3，……X+n对应的数值；
然后，将需要发送信号的数据与通过混沌系统计算出的数值叠加进行加密，在发送端进行混沌信号加密的过程中进行加减乘除运算；
然后，将发送的数据进行整理，发送的数据包括了混沌系统初始值、步数、加密后的信号数据；
然后，在信号接收端，根据接收到的初始值、步数计算出混沌系统信号步数X对应的数值；
然后，根据需要解密的信号数据的个数，依次计算混沌系统信号步数为X+1，X+2，X+3，……X+n对应的数值；
最后，在接收端，将接收到的加密后的数据信号和混沌系统信号进行与发送端加密过程对应的反向运算，对数据进行还原，即发送端和接收端进行相应的加密解密过程。
所述发送端要产生随机数作为混沌系统计算的初始值，产生一个正整数作为混沌系统计算的步数。
使用的加密、解密混沌系统包括Lorenz系统、Chen系统、Liu混沌系统：
Lorenz系统
Figure GDA0003710058910000051
Chen系统
Figure GDA0003710058910000052
Liu混沌系统
Figure GDA0003710058910000053
将所述混沌系统离散化，通过随机产生的初始值和步数X计算X步的混沌系统的数值。
根据发送信号的个数n，依次计算依次计算X+1，X+2，X+3，……X+n对应的混沌系统的数值。
在信号发送端将信号数据和混沌系统的数值经过运算进行加密，在接收端将接收到的数据和混沌系统的数值经过对应的反向运算进行解密。
所述发送端和接收端设备具有加减乘除运算的能力，具有微控制器或CPU。
所述发送的数据包括了系统随机产生的混沌系统初始值、步数和经过加密后的信号数据。
所述在发送端进行混沌信号加密的过程中进行加减乘除运算，在接收端进行对应的反向运算对数据进行还原即可，即发送端和接收端进行相应的加密解密过程。
使用时，包括发送端的加密和接收端的解密过程：
步骤1：首先选取一个用于加密的混沌系统，使用的加密、解密混沌系统包括Lorenz系统、Chen系统、Liu混沌系统。
Lorenz系统
Figure GDA0003710058910000061
Chen系统
Figure GDA0003710058910000062
Liu混沌系统
Figure GDA0003710058910000063
步骤2：确定所使用混沌系统的维数，例如选取Lorenz系统作为混沌加密系统，则混沌系统的维数为4。
步骤3：发送端处理器随机产生若干个数，随机数的个数等于混沌系统的维数；在步骤2选取Lorenz系统的基础上，本步骤产生4个随机数作为混沌系统的初始值，可记为x1(0)，x2(0)，x3(0)，x4(0)。
步骤4：发送端处理器随机产生一个正整数，该数为混沌系统计算的步数，产生的正整数记为K。
步骤5：得到混沌系统的离散形式，对于Lorenz系统，其离散形式为
Figure GDA0003710058910000071
步骤6：利用混沌系统的离散形式迭代计算第K步的值，记为x1(K)，x2(K)，x3(K)，x4(K)。
步骤7：根据需要加密的信号数据的个数m，依次计算混沌系统信号步数X+1，X+2，X+3，……X+m对应的数值，需要加密的信号记为：A1，A2，A3……Am，对应步数的数值记为：x1(K+1)，x2(K+1)，x3(K+1)，x4(K+1)、x1(K+2)，x2(K+2)，x3(K+2)，x4(K+2)……x1(K+m)，x2(K+m)，x3(K+m)，x4(K+m)。
步骤8：将需要发送信号的数据与通过混沌系统计算出的数值叠加进行加密。在发送端进行混沌信号加密的过程中进行加减乘除运算。可以按照加减乘除运算进行加密，比如：A1+x1(K+1)+x2(K+1)+x3(K+1)+x4(K+1)，A2+x1(K+2)+x2(K+2)+x3(K+2)+x4(K+2)…Am+x1(K+m)+x2(K+m)+x3(K+m)+x4(K+m)。得到了m个加密后的数据，记为B1，B2，B3……Bm。
步骤9：按照原有的通信方式，发送的数据包括混沌系统初始值、步数、加密后的信号数据，原发送的信号数据为A1，A2，A3……Am，将发送的数据变换成x1(0)，x2(0)，x3(0)，x4(0)、K、，B1，B2，B3……Bm。
步骤10：接收端接收到发送的数据后，解析出混沌系统的初始值、步数、加密后的信号，初始值为x1(0)，x2(0)，x3(0)，x4(0)，步数K，加密后的信号B1，B2，B3……Bm。
步骤11：选择和发送端相同的混沌系统根据初始值和步数，依次计算混沌系统信号步数X+1，X+2，X+3，……X+m对应的数值，需要加密的信号记为：A1，A2，A3……Am。对应步数的数值记为：x1(K+1)，x2(K+1)，x3(K+1)，x4(K+1)、x1(K+2)，x2(K+2)，x3(K+2)，x4(K+2)……x1(K+m)，x2(K+m)，x3(K+m)，x4(K+m)。
步骤12：根据发送端的加密运算，执行反向的运算进行解密恢复传输的数据。以步骤8中的实施例，在发送端应执行运算B1-x1(K+1)-x2(K+1)-x3(K+1)-x4(K+1)，B2-x1(K+2)-x2(K+2)-x3(K+2)-x4(K+2)…Bm-x1(K+m)-x2(K+m)-x3(K+m)-x4(K+m),得到了m个解密后的数据，该数据为传输的信号。整个加密、解密、信号传输完成。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种通信信号混沌加密方法，其特征在于，具体方法如下：首先，在信号发送端，根据混沌系统中混沌信号的维数随机产生若干个数，作为混沌系统的初始值，初始值的个数与混沌信号的维数相等；
然后，随机产生正整数作为计算的步数X，按照随机产生步数进行后续混沌信号的计算，步数的范围根据发送端和接收端处理器的计算速度确定，大于100，保证混沌系统信号的复杂性；
然后，根据产生的初始值和步数，计算出混沌系统信号步数X对应的数值；
然后，根据需要加密的信号数据的个数，依次计算混沌系统信号步数X+1，X+2，X+3，……X+n对应的数值；
然后，将需要发送信号的数据与通过混沌系统计算出的数值叠加进行加密，在发送端进行混沌信号加密的过程中进行加减乘除运算；
然后，将发送的数据进行整理，发送的数据包括了混沌系统初始值、步数、加密后的信号数据；
然后，在信号接收端，根据接收到的初始值、步数计算出混沌系统信号步数X对应的数值；
然后，根据需要解密的信号数据的个数，依次计算混沌系统信号步数为X+1，X+2，X+3，……X+n对应的数据；
最后，在接收端，将接收到的加密后的数据信号和混沌系统信号进行与发送端加密过程对应的反向运算，对数据进行还原，即发送端和接收端进行相应的加密解密过程。
2.根据权利要求1所述的一种通信信号混沌加密方法，其特征在于：所述发送端要产生随机数作为混沌系统计算的初始值，产生一个正整数作为混沌系统计算的步数。
3.根据权利要求1所述的一种通信信号混沌加密方法，其特征在于：使用的加密、解密混沌系统包括Lorenz系统、Chen系统、Liu混沌系统：
Lorenz系统
Figure FDA0003710058900000021
Chen系统
Figure FDA0003710058900000022
Liu混沌系统
Figure FDA0003710058900000023
4.根据权利要求1所述的一种通信信号混沌加密方法，其特征在于：将所述混沌系统离散化，通过随机产生的初始值和步数X计算X步的混沌系统的数值。
5.根据权利要求1所述的一种通信信号混沌加密方法，其特征在于：根据发送信号的个数n，依次计算依次计算X+1，X+2，X+3，……X+n对应的混沌系统的数值。
6.根据权利要求1所述的一种通信信号混沌加密方法，其特征在于：在信号发送端将信号数据和混沌系统的数值经过运算进行加密，在接收端将接收到的数据和混沌系统的数值经过对应的反向运算进行解密。
7.根据权利要求1所述的一种通信信号混沌加密方法，其特征在于：所述发送端和接收端设备具有加减乘除运算的能力，具有微控制器或CPU。
8.根据权利要求1所述的一种通信信号混沌加密方法，其特征在于：所述发送的数据包括了系统随机产生的混沌系统初始值、步数和经过加密后的信号数据。
9.根据权利要求1所述的一种通信信号混沌加密方法，其特征在于：所述在发送端进行混沌信号加密的过程中进行加减乘除运算，在接收端进行对应的反向运算对数据进行还原即可，即发送端和接收端进行相应的加密解密过程。
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