CN115021902A - 一种基于随机化算法的通信方法及相关设备 - Google Patents

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CN115021902A CN202210536352.3A CN202210536352A CN115021902A CN 115021902 A CN115021902 A CN 115021902A CN 202210536352 A CN202210536352 A CN 202210536352A CN 115021902 A CN115021902 A CN 115021902A
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张�杰
张轲
章明瑞
王伟
赵永利
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Abstract

本申请提供一种基于随机化算法的通信方法及相关设备。本申请包括发送端和接收端。所述发送端获得传输数据，通过随机化算法对所述传输数据进行随机化得到随机数据，通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到加密数据，通过调制将所述加密数据转换为传输信号，将所述传输信号传输至所述接收端；所述接收端接收所述传输信号，通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据，通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到所述随机数据，将所述随机数据解码恢复得到所述所述传输数据。

Description

一种基于随机化算法的通信方法及相关设备
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种基于随机化算法的通信方法。
背景技术
近年来，信息技术飞速发展，给人类生活和经济发展带来了前所未有的变化。光纤通信技术是我国信息传送的主要手段之一，自从在我国出现以来，就一直得到重视，并实现了长远发展。但是也带来了新的安全问题，随着具备强大破译能力的量子计算机的发展，光通信的数据内容存在“被截获、被复制、被篡改”重大隐患。为了保证系统的安全性，现有加密技术会对传输数据进行加密来获得足够的噪声掩盖数，但是，现有加密技术会影响到系统的传输性能。
因此，如何在不影响传输性能即发送功率较高或加密调制阶数较低的同时提高系统的安全性成为了一个重要的研究问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提出一种基于信号随机化算法的通信方法及相关设备用以解决或部分解决上述技术问题。
基于上述目的，本申请提供了一种基于随机化算法的通信方法，应用于通信系统，所述通信系统包括发送端和接收端，所述方法包括：
所述发送端获得传输数据，通过随机化算法对所述传输数据进行随机化得到随机数据，通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到加密数据，通过调制将所述加密数据转换为传输信号，将所述传输信号传输至所述接收端；
所述接收端接收所述传输信号，通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据，通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到所述随机数据，将所述随机数据解码恢复得到所述传输数据。
在一些实施例中，所述通过信号随机化算法对所述传输数据进行随机化得到所述随机数据，包括：
所述发送端通过随机化算法生成至少一个随机数，将所述随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。
在一些实施例中，所述发送端包括伪随机数发生器，所述随机化算法包括伪随机化算法，所述伪随机化算法设置于所述伪随机数发生器中；
所述发送端通过信号随机化算法生成至少一个随机数，将所述随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据，包括：
所述发送端通过伪随机数发生器生成至少一个以所述传输数据为中心的伪随机数；
所述发送端通过伪随机数发生器将所述伪随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。
在一些实施例中，所述通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到所述加密数据，包括：
所述发送端通过量子噪声流加密算法对所述随机数据的每一位分配一个随机的基；
所述发送端通过量子噪声流加密算法对所述随机数据的每一位与所述随机的基的最低位进行异或处理得到一个异或结果；
所述发送端通过量子噪声流加密算法让所述异或结果与所述随机的基的最高位异或并代替所述随机的基的最高位，得到所述加密数据。
在一些实施例中，所述通过调制将所述加密数据转换为所述传输信号，包括：
所述发送端通过正交幅度调制对所述加密数据形成信号空间得到幅度坐标；
所述发送端通过正交幅度调制将所述幅度坐标映射到正交子载波上，得到调制数据；
所述发送端通过正交频分复用调制对所述调制数据进行信道估计及傅里叶逆变换转换为所述传输信号，对所述传输信号添加循环前缀并进行并串变换。
在一些实施例中，所述通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据，包括：
所述接收端通过正交频分复用解调对所述传输信号进行串并变换和去循环前缀，将所述传输信号进行傅立叶变换及非盲估计，得到调制数据；
所述接收端通过正交幅度解调将所述调制数据进行正交子载波解映射得到幅度坐标；
所述接收端通过正交幅度解调将所述幅度坐标恢复得到所述加密数据。
在一些实施例中，所述通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到所述随机数据，包括：
所述接收端获得所述发送端相同的随机的基；
所述接收端通过量子噪声流解密算法让所述加密数据与所述随机的基的最高位异或并代替所述随机的基的最高位，得到一个异或结果；
所述接收端通过量子噪声流解密算法对所述异或结果与所述随机的基的最低位进行异或得到所述随机数据。
基于同一发明构思，本公开的第二方面还提供了一种通信系统，包括发送端、传输通道及接收端在所述存储器上并可由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。
基于同一发明构思，本公开的第三方面还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。
基于同一发明构思，本公开的第四方面还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如上所述的方法。
从上面所述可以看出，本申请提供的基于信号随机化算法的通信方法、系统、电子设备及存储介质，通过发送端对传输数据利用随机化算法进行随机化得到随机数据，提高传输数据的噪声掩盖数，使得数据传输过程中的安全性得以提高；并且通过发送端对传输数据利用随机化算法进行随机化得到的随机数据不需要共享密钥，在传输过程中不会增加额外的共享密钥，所以不会影响传输系统的性能；发送端通过量子噪声流加密算法对随机数据进行加密得到加密数据，进一步提高传输数据的噪声掩盖数，提高数据传输的安全性。因此，本申请提供的基于信号随机化算法的通信方法、系统、电子设备及存储介质可以实现在不影响传输性能的同时，提高数据传输的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的基于随机化算法的通信方法的总流程图；
图2为本申请实施例的数据进行随机化算法处理变化示意图；
图3为本申请实施例的基于随机化算法的通信方法的总传输流程图；
图4为本申请实施例的基于随机化算法的通信系统的总流程图；
图5为本申请实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如上所述，应用于通信领域的现有加密技术在如何不影响传输性能的同时提高系统的安全性方面还有待提高。
本申请提供的基于信号随机化算法的通信方法及相关设备，发送端获得传输数据，通过随机化算法对所述传输数据进行随机化得到随机数据，通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到加密数据，通过调制将所述加密数据转换为传输信号，将所述传输信号传输至所述接收端；以及所述接收端接收所述传输信号，通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据，通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到所述随机数据，将随机数据解码恢复得到所述传输数据。
随机化算法是一种算法，在算法中使用了随机函数，且随机函数的返回值直接或者间接的影响了算法的执行流程或执行结果。就是将算法的某一步或某几步置于运气的控制之下，即该算法在运行的过程中的某一步或某几步涉及一个随机决策，或者说其中的一个决策依赖于某种随机事件。
量子噪声流加密是一种结合了量子力学原理和经典流密码思想的信息抗截获通信方法。量子噪声流加密作为一种新兴的光通信物理层安全技术，结合了数学复杂度和物理复杂度，具有高安全、高速率、长跨距、结构灵活、与现有光纤通信系统高度兼容等优点。
以下结合附图来详细说明本申请的实施例。
参见图1，示出了本申请实施例的基于随机化算法的通信方法的流程示意图。
如图1所示，本实施例公开的一种基于随机化算法的通信方法，应用于通信系统，所述通信系统包括发送端和接收端，所述方法包括：
步骤101，所述发送端获得传输数据，通过随机化算法对所述传输数据进行随机化得到随机数据，通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到加密数据，通过调制将所述加密数据转换为传输信号，将所述传输信号传输至所述接收端。
在该步骤中，所述发送端通过随机化算法对所述传输数据进行随机化得到随机化数据，使得数据的噪声掩盖数得以提高，从而提高数据传输过程的安全性，并且随机化算法不需要共享密钥，因此可以实现在不影响数据传输性能的同时提高传输系统的安全性；所述发送端通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到加密数据，进一步提高传输数据的安全性；发送端通过调制将所述加密数据转换为传输信号，将所述加密数据调制转换为可以进行传输的所述传输信号，以实现在传输通道中进行传输，将所述传输信号传输至所述接收端。
步骤102，所述接收端接收所述传输信号，通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据，通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到所述随机数据，将所述随机数据解码恢复得到所述传输数据。
在该步骤中，所述接收端通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据，对所述传输信号进行解调，以便于后面对解调得到的加密数据进一步解密，恢复数据；所述接收端通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到所述随机数据，恢复得到随机数据，以便于进一步恢复数据；所述接收端将随机数据解码恢复得到所述传输数据，通过解码及判决恢复得到传输数据，完成数据传输过程。
通过上述方案，通过发送端对传输数据利用随机化算法进行随机化得到随机数据，提高传输数据的噪声掩盖数，使得数据传输过程中的安全性得以提高；并且通过发送端对传输数据利用随机化算法进行随机化得到的随机数据不需要共享密钥，在传输过程中不会增加额外的共享密钥，所以不会影响传输系统的性能；发送端通过量子噪声流加密算法对随机数据进行加密得到加密数据，进一步提高传输数据的噪声掩盖数，提高数据传输的安全性。因此，在不影响传输性能的同时，可以提高数据传输的安全性。
在一些实施例中，步骤101中，所述通过随机化算法对所述传输数据进行随机化得到所述随机数据，具体包括：
步骤1011，所述发送端通过随机化算法生成至少一个随机数，将所述随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。
在上述方案中，所述发送端通过随机化算法生成至少一个随机数，所述随机数可以通过仿真使用随机函数生成，并将所述随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。
所述发送端通过随机化算法对所述传输数据进行随机化得到所述随机数据，提高传输数据的噪声掩盖数，从而提高传输系统的安全性。例如，传输数据S，发送端通过随机化算法生成至少一个随机数R，将随机数R叠加到传输数据S上得到随机数据SR＝S+R。
在一些实施例中，步骤101中，所述发送端包括伪随机数发生器，所述随机化算法包括伪随机化算法，所述伪随机化算法设置于所述伪随机数发生器中；
所述发送端通过信号随机化算法生成至少一个随机数，将所述随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据，具体包括：
步骤1012，所述发送端通过伪随机数发生器生成至少一个以所述传输数据为中心的伪随机数。
步骤1013，所述发送端通过伪随机数发生器将所述伪随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。
在上述方案中，所述发送端通过伪随机数发生器生成至少一个以所述传输数据为中心的伪随机数，并将所述伪随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。发送端通过伪随机数发生器生成的伪随机数可以通过仿真利用随机函数生成。
所述伪随机数是用确定性的算法计算出来自[0,1]均匀分布的随机数序列。并不真正的随机，但具有类似于随机数的统计特征，如均匀性、独立性等。在计算伪随机数时，若使用的初值(种子)不变，那么伪随机数的数序也不变。伪随机数可以用计算机大量生成，在模拟研究中为了提高模拟效率，一般采用伪随机数代替真正的随机数。模拟中使用的一般是循环周期极长并能通过随机数检验的伪随机数，以保证计算结果的随机性。
所述发送端通过伪随机数发生器生成至少一个以所述传输数据为中心的伪随机数，并将所述伪随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。例如，如图2所示，经过伪随机数发生器处理之前，设传输数据S(黑色圆形部分)，发送端通过伪随机数发生器生成至少一个以所述传输数据为中心的伪随机数，设伪随机数R(矩形阴影部分)，由图2可以看出，生成的伪随机数是以传输数据为中心，将生成的伪随机数叠加到传输数据上得到随机数据，随机数据即为SR＝S+R。
在一些实施例中，步骤101中，所述通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到所述加密数据，具体包括：
步骤1014，所述发送端通过量子噪声流加密算法对所述随机数据的每一位分配一个随机的基。
步骤1015，所述发送端通过量子噪声流加密算法对所述随机数据的每一位与所述随机的基的最低位进行异或处理得到一个异或结果。
步骤1016，所述发送端通过量子噪声流加密算法让所述异或结果与所述随机的基的最高位异或并代替所述随机的基的最高位，得到加密数据。
在上述方案中，所述发送端通过量子噪声流加密算法对随机数据进行加密的过程主要是对所述随机数据的每一位分配一个随机的基，即一种密钥；对所述随机数据的每一位与所述随机的基的最低位进行异或处理得到一个异或结果；并让所述异或结果与所述随机的基的最高位异或并代替所述随机的基的最高位，得到加密数据。通过量子噪声流加密算法对随机数据进行加密进一步提高传输数据的安全性。
发送端通过量子噪声流加密算法对随机数据进行加密得到加密数据。例如，传输数据S＝1,随机化算法处理之后的随机数据SR＝1+R，基B＝1110010101，量子噪声流加密算法处理之后的加密数据SFB＝S⊕B+R＝0110010101+R。
在一些实施例中，步骤101中，所述通过调制将所述加密数据转换为所述传输信号，具体包括：
步骤1017，所述发送端通过正交幅度调制对所述加密数据形成信号空间得到幅度坐标。
步骤1018，所述发送端通过正交幅度调制将所述幅度坐标映射到正交子载波上，得到调制数据。
步骤1019，所述发送端通过正交频分复用调制对所述调制数据进行信道估计及傅里叶逆变换转换为传输信号，对所述传输信号添加循环前缀并进行并串变换。
在上述方案中，所述发送端通过调制将所述加密数据转换为所述传输信号的过程主要是对所述加密数据形成信号空间得到幅度坐标；将所述幅度坐标映射到正交子载波上，得到调制数据；对所述调制数据进行信道估计及傅里叶逆变换转换为传输信号，对所述传输信号添加循环前缀并进行并串变换。发送端通过正交幅度调制及正交频分复用调制对加密数据进行调制，得到可以在传输通道中进行传输的传输信号。
例如，所述发送端对加密数据进行正交幅度调制，将加密数据由低阶转换为高阶，并将转换后的高阶数据的幅度坐标映射到正交子载波上；通过正交频分复用调制将信道分成至少一个正交子信道，通过插入导频子载波进行信道估计，经过傅里叶逆变换将所述调制数据转换为传输信号，对传输信号添加循环前缀并进行并串变换，以实现得到的传输信号可以在传输通道中进行传输。
在一些实施例中，步骤102中，所述通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据，具体包括：
步骤1021，所述接收端通过正交频分复用解调对所述传输信号进行串并变换和去循环前缀，将所述传输信号进行傅立叶变换及非盲估计，得到调制数据。
步骤1022，所述接收端通过正交幅度解调将所述调制数据进行正交子载波解映射得到所述幅度坐标。
步骤1023，所述接收端通过正交幅度解调将所述幅度坐标恢复得到所述加密数据。
在上述方案中，所述接收端通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据的过程主要是对所述传输信号进行串并变换和去循环前缀，将所述传输信号进行傅立叶变换及非盲估计，得到调制数据；将所述调制数据进行正交子载波解映射得到所述幅度坐标；将所述幅度坐标恢复得到所述加密数据。通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据的过程实现对传输信号的解调恢复，得到所述加密数据，以便进一步解密恢复得到传输数据。
例如，所述接收端对传输信号进行正交频分复用解调，先将传输信号进行串并变换和去循环前缀，并将所述传输信号进行傅立叶变换及非盲估计，恢复得到调制数据，利用在发送端插入的导频符号恢复出导频位置的信道信息，利用插值算法获得所有时刻的信道信息；所述接收端对传输信号进行正交幅度解调，通过正交子载波解映射得到幅度坐标，进而对幅度坐标恢复得到加密数据。
在一些实施例中，步骤102中，所述通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到所述随机数据，具体包括：
步骤1024，所述接收端获得所述发送端相同的随机的基。
步骤1025，所述接收端通过量子噪声流解密算法让所述加密数据与所述随机的基的最高位异或并代替所述随机的基的最高位，得到一个异或结果。
步骤1026，所述接收端通过量子噪声流解密算法对所述异或结果与所述随机的基的最低位进行异或得到所述随机数据。
在上述方案中，所述接收端通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到所述随机数据的过程主要是所述接收端获得所述发送端相同的随机的基；让所述加密数据与所述随机的基的最高位异或并代替所述随机的基的最高位，得到一个异或结果；对所述异或结果与所述随机的基的最低位进行异或得到所述随机数据。通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密的过程恢复得到随机数据，实现数据解密，以便进一步解码得到传输数据，完成数据传输过程。
发送端与接受端共享随机的基，所述随机的基可以是种子密钥，也可以是相同的扩展种子密钥的方式。接收端通过得到的共享的随机的基，经过两次异或处理就可以恢复得到所述随机数据。例如，加密数据SFB＝0110010101+R，基B＝1110010101，经过量子噪声流解密得到随机数据为SR＝1+R。
在一些实施例中，步骤102中，所述将所述随机数据解码恢复得到所述传输数据，具体包括：
步骤1027，所述接收端通过调制将所述随机数据转换为低阶调制数据。
步骤1028，所述接收端通过判决电平选择合适的电平。
步骤1029，所述接收端通过编码判决及欧氏距离对所述低阶调制数据进行判决，恢复得到所述传输数据。
在上述方案中，所述接收端将所述随机数据解码恢复得到所述传输数据的过程主要是通过调制将所述随机数据转换为低阶调制数据；选择合适的电平；依据编码判决及欧氏距离对所述低阶调制数据进行判决，恢复得到所述传输数据。将随机数据解码恢复得到所述传输数据的过程实现对随机数据的恢复解码，得到所述传输数据，完成传输过程。在这个解码恢复的过程中，发送端与接收端不需要进行随机数的共享，即在整个数据传输过程中不会增加额外的共享密钥。因此，可以实现在不影响传输性能的同时，通过传输系统的安全性。
将所述随机数据解码恢复得到所述传输数据，实现对随机数据的恢复解码，完成传输过程。例如，将量子噪声流解密得到的随机数据通过调制由高阶转换为低阶，并选择合适的判决电平以恢复所述传输数据，可以采用低密度奇偶校验码进行软判决，软判决过程比较的是欧氏距离，选择欧氏距离最小的作为结果。最终恢复得到传输数据，完成传输过程。
如图3所示，为基于随机化算法的通信方法的总传输流程图，包括：
步骤1：随机化算法处理——通过伪随机数发生器(PseudoRandom NumberGenerator，简称PRNG)生成以传输数据S为中心的至少一个伪随机数R，并将生成的伪随机数R叠加到传输数据S上，以获得经过随机化的随机数据SR，且随机数据SR＝S+R，并将生成的随机数据SR进行串并变换(Serial-to-Parallel，简称S/P)。
步骤2：Y-00量子噪声流加密——通过Y-00量子噪声流加密协议，对随机化后的随机数据SR进行量子噪声流加密，若使用1位信息对应n位基信息的加密格式。基B0～Bn-1为n组相互独立的n个序列，对随机化后的随机数据SR的每一位分配一个随机的基Bi(i＝0，1，2，......，n-1)，而每一位信息的对应基的选择则代表了密钥，将每一位信息比特与其分配到的基的最低位进行异或处理，得到的异或结果与最高位异或并代替基的最高位，得到一个新的n比特数据，用最终得到的这n比特数据来表示所传输的一位信息。因此经过加密之后，序列长度变为n倍，得到加密后的信号SFB。例如，传输数据S＝1，随机化之后的随机数据SR＝1+R，基B＝1110010101，量子噪声流加密之后的加密数据SFB＝S⊕B+R＝0110010101+R。
步骤3：正交幅度调制——量子噪声流加密之后的加密数据SFB进行正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，简称QAM)，将加密数据由低阶转换为高阶，QAM阶数由M形成
Figure BDA0003641445550000101
的信号空间。对于随机数据SR中的一位信息，对应的是加密数据SFB的n位比特，这n位比特就对应了
Figure BDA0003641445550000102
信号空间中的一个星座点，所述星座点对应QAM的两路的幅度坐标，并将所述幅度坐标映射到两路的正交子载波上，得到调制数据。
步骤4：正交频分复用调制——通过正交频分复用调制(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，简称OFDM)实现对所述调制数据的多载波传输，将信道分成若干正交子信道，通过插入导频子载波对信道进行信道估计。通过快速傅立叶逆变换调制到在每个子载波信道上进行传输得到传输信号，对所述传输信号添加循环前缀，以保证有时延的正交频分复用调制数据在快速傅立叶变换积分周期内总是具有整倍数周期。对添加循环前缀之后的所述传输信号进行并串变换(Parallel-to-Serial，简称P/S)，经过并串变换处理后的传输信号可以在传输通道中进行传输。将处理好的传输信号经传输通道传输至接收端。
步骤5：正交频分复用解调——接收端接收传输信号，对传输信号进行串并变换S/P，并对传输信号进行正交频分复用解调及信道估计。信道估计可以估计信道的量子噪声对传输信号的影响，从而对传输信号进行补偿，降低接收端的误码率，可以采用基于导频的非盲估计，利用在发送端插入的导频子载波恢复出导频位置的信道信息，利用插值算法，获得所有时刻的信道信息。插值算法的基本思想是：信号在时域内插零，等效于在频域内进行内插，从而恢复出信道的频率响应。
步骤6：正交幅度解调——接收端对所述传输信号进行正交幅度解调，通过正交子载波解映射得到幅度坐标，进而对幅度坐标恢复得到加密数据。
步骤7：Y-00量子噪声流解密——接收端通过得到的共享的随机的基，即一种密钥，对量子噪声流加密信号SFB进行解密，用表达一位信息的n位加密信号的最高位与该位信息对应的随机的基的最低位再次进行异或，这样经过两次异或就可以恢复得到所述随机数据，由于随机数均匀分布在所述传输数据周围，对于拥有正确密钥的发送端，能在一定误差范围内正确判断出传输数据。这样，接收端经过量子噪声流解密恢复得到随机数据SR，将解密得到的随机数据SR进行并串变换P/S。
步骤8：电平判决解码——所述接收端通过调制将所述随机数据转换为低阶调制数据，并选择合适的判决电平以恢复所述传输数据，利用低密度奇偶校验码进行软判决，软判决过程比较的是欧氏距离，选择欧氏距离最小的作为结果，恢复得到所述传输数据。
在本实施例中，通过发送端对传输数据利用随机化算法进行随机化得到随机数据，提高传输数据的噪声掩盖数，使得数据传输过程中的安全性得以提高；并且通过发送端对传输数据利用随机化算法进行随机化得到的随机数据不需要共享密钥，在传输过程中不会增加额外的共享密钥，所以不会影响传输系统的性能；发送端通过量子噪声流加密算法对随机数据进行加密得到加密数据，进一步提高传输数据的噪声掩盖数，提高数据传输的安全性。因此，在不影响传输性能的同时，可以提高数据传输的安全性。
需要说明的是，本申请实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种基于随机化算法的通信系统。
参考图4，所述基于随机化算法的通信系统，包括：通信连接的发送端401、传输通道402和接收端403；
所述发送端401，被配置为获得传输数据，通过随机化算法对所述传输数据进行随机化得到随机数据，通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到加密数据，通过调制将所述加密数据转换为传输信号；
所述传输通道402，被配置为将所述发送端401得到的所述传输信号经传输通道传输至所述接收端403；
所述接收端403，被配置为接收所述传输信号，通过解调将所述传输信号转换为加密数据，通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到随机数据，将所述随机数据解码恢复得到所述传输数据。
在一些实施例中，发送端401还包括：随机化模块，被配置为通过信号随机化算法对所述传输数据进行随机化得到所述随机数据；
随机化模块具体包括：
随机化单元：被配置为通过随机化算法生成至少一个随机数，将所述随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。
在一些实施例中，发送端401还包括：伪随机模块，被配置为通过信号随机化算法生成至少一个随机数，将所述随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据；
伪随机化模块具体包括：
生成单元：被配置为通过伪随机数发生器生成至少一个以所述传输数据为中心的伪随机数；
叠加单元：被配置为通过伪随机数发生器将所述伪随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。
在一些实施例中，发送端401还包括：加密模块，被配置为通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到所述加密数据；
加密模块具体包括：
分配单元：被配置为通过量子噪声流加密算法对所述随机数据的每一位分配一个随机的基；
异或单元：被配置为通过量子噪声流加密算法对所述随机数据的每一位与所述随机的基的最低位进行异或处理得到一个异或结果；
代替单元：被配置为通过量子噪声流加密算法让所述异或结果与所述随机的基的最高位异或并代替所述随机的基的最高位，得到所述加密数据。
在一些实施例中，发送端401还包括：调制模块，被配置为通过调制将所述加密数据转换为传输信号；
调制模块具体包括：
坐标单元：被配置为通过正交幅度调制对所述加密数据形成信号空间得到幅度坐标；
映射单元：被配置为通过正交幅度调制将所述幅度坐标映射到正交子载波上，得到调制数据；
逆转换单元：被配置为通过正交频分复用调制对所述调制数据进行信道估计及傅里叶逆变换转换为所述传输信号，对所述传输信号添加循环前缀并进行并串变换。
在一些实施例中，接收端403还包括：解调模块，被配置为通过解调将所述传输信号转换为加密数据；
解调模块具体包括：
变换单元：被配置为通过正交频分复用解调对所述传输信号进行串并变换和去循环前缀，将所述传输信号进行傅立叶变换及非盲估计，得到调制数据；
解映射单元：被配置为通过正交幅度解调将所述调制数据进行正交子载波解映射得到幅度坐标；
恢复单元：被配置为通过正交幅度解调将所述幅度坐标恢复得到所述加密数据。
在一些实施例中，接收端403还包括：解密模块，被配置为通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到随机数据；
解密模块具体包括：
共享基单元：被配置为获得所述发送端401相同的随机的基；
代替单元：被配置为通过量子噪声流解密算法让所述加密数据与所述随机的基的最高位异或并代替所述随机的基的最高位，得到一个异或结果；
异或单元：被配置为通过量子噪声流解密算法对所述异或结果与所述随机的基的最低位进行异或得到所述随机数据。
为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
上述实施例的系统用于实现前述任一实施例中相应的基于随机化算法的通信方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的基于随机化算法的通信方法。
图5示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器510、存储器520、输入/输出接口530、通信接口540和总线550。其中处理器510、存储器520、输入/输出接口530和通信接口540通过总线550实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器510可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器520可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器520可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器520中，并由处理器510来调用执行。
输入/输出接口530用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
通信接口540用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。
总线550包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器510、存储器520、输入/输出接口530和通信接口540)之间传输信息。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器510、存储器520、输入/输出接口530、通信接口540以及总线550，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的基于随机化算法的通信方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的基于随机化算法的通信方法。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的基于随机化算法的通信方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于随机化算法的通信方法，其特征在于，应用于通信系统，所述通信系统包括发送端和接收端，所述方法包括：
所述发送端获得传输数据，通过随机化算法对所述传输数据进行随机化得到随机数据，通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到加密数据，通过调制将所述加密数据转换为传输信号，将所述传输信号传输至所述接收端；
所述接收端接收所述传输信号，通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据，通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到所述随机数据，将所述随机数据解码恢复得到所述所述传输数据。
2.根据权利要求1所述的基于随机化算法的通信方法，其特征在于，所述通过信号随机化算法对所述传输数据进行随机化得到所述随机数据，包括：
所述发送端通过随机化算法生成至少一个随机数，将所述随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。
3.根据权利要求2所述的基于随机化算法的通信方法，其特征在于，所述发送端包括伪随机数发生器，所述随机化算法包括伪随机化算法，所述伪随机化算法设置于所述伪随机数发生器中；
所述发送端通过信号随机化算法生成至少一个随机数，将所述随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据，包括：
所述发送端通过伪随机数发生器生成至少一个以所述传输数据为中心的伪随机数；
所述发送端通过伪随机数发生器将所述伪随机数叠加到所述传输数据上得到所述随机数据。
4.根据权利要求1所述的基于随机化算法的通信方法，其特征在于，所述通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到所述加密数据，包括：
所述发送端通过量子噪声流加密算法对所述随机数据的每一位分配一个随机的基；
所述发送端通过量子噪声流加密算法对所述随机数据的每一位与所述随机的基的最低位进行异或处理得到一个异或结果；
所述发送端通过量子噪声流加密算法让所述异或结果与所述随机的基的最高位异或并代替所述随机的基的最高位，得到所述加密数据。
5.根据权利要求1所述的基于随机化算法的通信方法，其特征在于，所述通过调制将所述加密数据转换为所述传输信号，包括：
所述发送端通过正交幅度调制对所述加密数据形成信号空间得到幅度坐标；
所述发送端通过正交幅度调制将所述幅度坐标映射到正交子载波上，得到调制数据；
所述发送端通过正交频分复用调制对所述调制数据进行信道估计及傅里叶逆变换转换为所述传输信号，对所述传输信号添加循环前缀并进行并串变换。
6.根据权利要求1所述的基于随机化算法的通信方法，其特征在于，所述通过解调将所述传输信号转换为所述加密数据，包括：
所述接收端通过正交频分复用解调对所述传输信号进行串并变换和去循环前缀，将所述传输信号进行傅立叶变换及非盲估计，得到调制数据；
所述接收端通过正交幅度解调将所述调制数据进行正交子载波解映射得到幅度坐标；
所述接收端通过正交幅度解调将所述幅度坐标恢复得到所述加密数据。
7.根据权利要求1所述的基于随机化算法的通信方法，其特征在于，所述通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到所述随机数据，包括：
所述接收端获得所述发送端相同的随机的基；
所述接收端通过量子噪声流解密算法让所述加密数据与所述随机的基的最高位异或并代替所述随机的基的最高位，得到一个异或结果；
所述接收端通过量子噪声流解密算法对所述异或结果与所述随机的基的最低位进行异或得到所述随机数据。
8.一种通信系统，其特征在于，包括：通信连接的发送端、传输通道和接收端；
所述发送端，被配置为获得传输数据，通过随机化算法对所述传输数据进行随机化得到随机数据，通过量子噪声流加密算法对所述随机数据进行加密得到加密数据，通过调制将所述加密数据转换为所述传输信号；
所述传输通道，被配置为将所述发送端得到的所述传输信号经所述传输通道传输至所述接收端；
所述接收端，被配置为接收所述传输信号，通过解调将所述传输信号转换为加密数据，通过量子噪声流解密算法对所述加密数据进行解密得到随机数据，将随机数据解码恢复得到传输数据。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任意一项所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至7任一所述方法。
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