專利名稱：一種數(shù)據(jù)流混沌編解碼方法和模塊化電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混沌保密通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及到數(shù)字化、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的保密通信方法，尤其是數(shù)據(jù)流混沌編解碼方法和模塊化電路。
背景技術(shù)：
已有的混沌保密通信技術(shù)主要表現(xiàn)為采用非線性模擬電路如蔡氏電路來(lái)產(chǎn)生混沌信號(hào)，通信時(shí)用模擬的混沌信號(hào)掩蓋傳輸信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)保密通信。但這種方法在保密性能和通信質(zhì)量?jī)煞矫骐y以進(jìn)一步提高，且抗干擾和抗破譯性能差，目前很少被采用。
采用數(shù)字化的方法實(shí)現(xiàn)混沌保密通信雖然克服了上述不足，但最新研究表明，普通混沌的抗破譯性能仍不夠高。竊聽(tīng)者在得到原始混沌數(shù)據(jù)后，運(yùn)用諸如動(dòng)力學(xué)重構(gòu)、回復(fù)映象及用自同步估計(jì)模型參數(shù)等技術(shù)，仍可以破譯加密后的密文。另一方面，普通混沌加解密系統(tǒng)的加解密速度仍然難以滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的保密通信要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種數(shù)字化的、高可靠性的、高保密強(qiáng)度的，同時(shí)也是高速加解密、高保真效果的安全通信技術(shù)，并具有模塊化、可方便地嵌入到不同通信系統(tǒng)內(nèi)的特點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用具有數(shù)值運(yùn)算能力強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)來(lái)運(yùn)行一種快速CPRS混沌(偽隨機(jī)序列)保密算法(見(jiàn)圖2、3)。由于CPRS混沌系統(tǒng)具有自同步能力且同步速度快，其狀態(tài)參數(shù)多，混沌行為復(fù)雜，因而該算法具有密鑰多，保密性能好，可靠性高、抗破譯能力強(qiáng)、并能快速產(chǎn)生加解密混沌偽隨機(jī)序列(CPRS)、解密密文無(wú)失真的特點(diǎn)。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)快速CPRS混沌保密算法(見(jiàn)圖2、3)基于單向耦合環(huán)狀迭代(OCRML)非線性系統(tǒng)(207)、(307)，采用運(yùn)行這種單向耦合環(huán)狀迭代系統(tǒng)(OCRML)產(chǎn)生混沌信號(hào)，并對(duì)混沌信號(hào)進(jìn)行截?cái)嗵幚矶a(chǎn)生的混沌偽隨機(jī)序列(亦稱CPRS序列)(204)、(304)對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行加、解密運(yùn)算。
(1)發(fā)射端加密系統(tǒng)(圖2)利用了如下方程組(0-1)在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)中進(jìn)行迭代運(yùn)算得到混沌信號(hào)xn(m)(206)，經(jīng)Z[]運(yùn)算(205)后產(chǎn)生混沌偽隨機(jī)序列rn(204)，并在編碼器(202)中對(duì)數(shù)據(jù)流s(n)(201)進(jìn)行加密編碼，產(chǎn)生加密后的密文序列g(shù)(n)(203)后發(fā)出
rn＝Z[xn(m)] ——“Z[]”為截?cái)嗷煦缧盘?hào)的運(yùn)算gn＝rnsn——“”為異或運(yùn)算xn+1(1)＝(1-ε)f[xn(1)]+εgn/65536 (0-1)xn+1(i)＝(1-ε)f[xn(i)]+εf[xn(i-1)]xn(m+1)＝xn(1) i＝2，3，...，m——為單向耦合環(huán)狀迭代系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)(2)接收端解密系統(tǒng)(圖3)將接受到的密文數(shù)據(jù)流g’(n)(303)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，利用如下方程組(0-2)在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)中進(jìn)行迭代運(yùn)算，得到接受端的混沌信號(hào)yn(m)(306)，經(jīng)Z[]運(yùn)算(305)后產(chǎn)生出接受端的混沌偽隨機(jī)序列r’n(304)，并在解碼器(302)中對(duì)接受數(shù)據(jù)流g’(n)(303)進(jìn)行解碼運(yùn)算，產(chǎn)生解密后的密文序列s’(n)(301)r’n＝Z[yn(m])——“Z[]”為截?cái)嗷煦缧盘?hào)的運(yùn)算s’n＝r’ng’n——“”為異或運(yùn)算yn+1(1)＝(1-ε)f[yn(1)+εgn/65536(0-2)yn+1(i)＝(1-ε)f[yn(i)+εf[yn(i-1)yn(m+1)＝y(tǒng)n(1) i＝2，3，...，m——為單向耦合環(huán)狀迭代系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)接受系統(tǒng)同步時(shí)，混沌信號(hào)yn(m)(306)與混沌信號(hào)xn(m)(206)相同，接受端恢復(fù)出來(lái)的混沌偽隨機(jī)序列r’n(304)與發(fā)送端的混沌偽隨機(jī)序列rn(204)完全相同，則解碼后的數(shù)據(jù)流s’(n)(301)與發(fā)送的數(shù)據(jù)流s(n)(201)完全相同，接受端準(zhǔn)確恢復(fù)出原發(fā)送數(shù)據(jù)。
(3)運(yùn)算“Z[]”(205)與(305)是指將混沌信號(hào)xn(m)(206)與yn(m)(306)進(jìn)行截?cái)嗳≌\(yùn)算，以得到一個(gè)16比特的有符號(hào)整型數(shù)。
(4)上述方程組(0-1)、(0-2)中的m值可以根據(jù)加密強(qiáng)度和數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)的運(yùn)算能力來(lái)確定，一般取m≥3。
(5)上述方程組(0-1)、(0-2)中的方程f(x)可以選用非線性方程，如折線方程或二次拋物線方程。
(6)上述方程組(0-1)、(0-2)中系數(shù)ε的取值范圍為0＜ε＜1。上述方法的處理程序(1)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)自動(dòng)下載存貯在程序與數(shù)據(jù)緩沖存貯器(106)中的快速CPRS混沌保密算法軟件，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)通過(guò)其自身的數(shù)據(jù)口接受嵌入數(shù)據(jù)流混沌編解碼模塊化電路(10)的應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)出的密鑰數(shù)據(jù)；亦可以通過(guò)“鍵盤、顯示與通信口控制”電路(MCU)(11)接受輸入的密鑰，并將密鑰數(shù)據(jù)處理成CPRS混沌保密算法方程中的有關(guān)系數(shù)和初始條件值。
(2)發(fā)送時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)將發(fā)送數(shù)據(jù)流與CPRS混沌偽隨機(jī)序列直接進(jìn)行逐位異或運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)加密處理。密文數(shù)據(jù)流按需要送傳輸模塊(12)進(jìn)行信道編碼后傳輸。
(3)接受時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)將利用收到的密文數(shù)據(jù)流自動(dòng)同步收方的CPRS混沌系統(tǒng)，產(chǎn)生出解碼所需的解密CPRS混沌偽隨機(jī)序列，并將密文數(shù)據(jù)流與CPRS混沌偽隨機(jī)序列直接進(jìn)行逐位異或運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)解密處理，恢復(fù)出原數(shù)據(jù)流。
(4)由于信道噪聲導(dǎo)致接受密文數(shù)據(jù)流發(fā)生誤碼時(shí)，CPRS混沌系統(tǒng)可以在誤碼發(fā)生后很短時(shí)間內(nèi)再次實(shí)現(xiàn)同步，該過(guò)程無(wú)需外部干預(yù)，從而恢復(fù)正確數(shù)據(jù)流的輸出。
(5)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)在對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)流進(jìn)行逐位異或加密運(yùn)算過(guò)程中不添加其他信息，因而密文數(shù)據(jù)流中無(wú)冗余，不會(huì)給通信信道增加額外負(fù)擔(dān)。
一種數(shù)據(jù)流混沌編解碼模塊化電路(10)，其特征是包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)、程序與數(shù)據(jù)緩沖存貯器(106)、邏輯與時(shí)序控制電路(107)、輸入模擬信號(hào)的放大與濾波電路A(101)、模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換電路(102)、輸出模擬信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換電路(104)、放大與低通濾波電路B(103)、串行輸入/輸出數(shù)字接口電路與串口控制芯片(105)等構(gòu)成。程序與數(shù)據(jù)緩沖存貯器(106)、邏輯與時(shí)序控制電路(107)是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)的外圍連接電路，輸入模擬信號(hào)的放大與濾波電路A(101)連接模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換電路(102)，并與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)通過(guò)同步串口(MCBSP)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)通過(guò)同一個(gè)同步串口(MCBSP)與輸出模擬信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換電路(104)、放大與低通濾波電路B(103)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接；串行輸入/輸出數(shù)字接口電路通過(guò)串口控制芯片(105)與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)連接，實(shí)現(xiàn)串行輸入/輸出數(shù)據(jù)流與DSP(108)的直接通信。
上述電路按圖一方式相結(jié)合組成基本的模塊化電路，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)、程序與數(shù)據(jù)緩沖存貯器(106)、邏輯與時(shí)序控制電路(107)用于對(duì)輸入數(shù)據(jù)流進(jìn)行混沌編解碼運(yùn)算；輸入模擬信號(hào)的放大與濾波電路A(101)、模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換電路(102)用于將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，經(jīng)同步串口(MCBSP)送數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)進(jìn)行處理；數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)經(jīng)同步串口(MCBSP)無(wú)縫連接輸出模擬信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換電路(104)和放大與低通濾波電路B(103)用于將其輸出的的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；標(biāo)準(zhǔn)RS232輸入/輸出數(shù)字接口電路通過(guò)串口控制芯片(105)用于和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)接口，并實(shí)現(xiàn)串行輸入/輸出數(shù)據(jù)流與DSP(108)的直接通信。
也可以附加上“鍵盤、顯示與通信口控制”電路(MCU)(11)與送傳輸模塊(12)組成擴(kuò)大的模塊化電路。
該模塊化電路具有多種不同類型的標(biāo)準(zhǔn)接口，可以方便地嵌入到不同類型的通信系統(tǒng)中，成為其完整系統(tǒng)的一部分，使之具有保密通信的功能。
快速CPRS混沌保密算法是一種偽隨機(jī)流加密方法，該項(xiàng)技術(shù)有效地克服通常混沌保密通信的不足。由于在CPRS混沌保密算法中對(duì)原始混沌數(shù)據(jù)進(jìn)行了人為擾動(dòng)，使得竊聽(tīng)者將得不到原始混沌數(shù)據(jù)，使破譯者難以猜測(cè)原來(lái)的非線性系統(tǒng)，從而提高了破譯難度。
四

圖1是本發(fā)明的“一種數(shù)據(jù)流混沌編解碼模塊化電路”系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明所采用的快速CPRS混沌保密算法發(fā)射部分的示意3是本發(fā)明所采用的快速CPRS混沌保密算法接受部分的示意4為采用本發(fā)明技術(shù)方案制作的一種實(shí)時(shí)語(yǔ)音無(wú)線混沌保密通信方案的系統(tǒng)5為采用本發(fā)明技術(shù)方案制作的一種實(shí)時(shí)語(yǔ)音無(wú)線混沌保密通信方案的信號(hào)處理流程圖五、具體實(shí)施方案實(shí)時(shí)語(yǔ)音無(wú)線保密通信裝置該項(xiàng)發(fā)明具有模擬和數(shù)字信號(hào)兩種輸入/輸出接口，因而可以比較方便地應(yīng)用到各種模擬和數(shù)字通信設(shè)備中。下面以采用本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)制作的一種實(shí)時(shí)語(yǔ)音無(wú)線混沌保密通信裝置為例，說(shuō)明該技術(shù)的具體實(shí)施方式
。
1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(參考圖4)將本項(xiàng)發(fā)明運(yùn)用到實(shí)時(shí)語(yǔ)音無(wú)線混沌保密通信中，需要針對(duì)語(yǔ)音通信的特點(diǎn)采取相應(yīng)的技術(shù)措施。
本裝置中輸入的語(yǔ)音信號(hào)為話筒輸出的模擬信號(hào)，因此采用型號(hào)為TLC2272ACD的集成電路構(gòu)成輸入模擬信號(hào)的放大與濾波電路A(101)，采用型號(hào)為TLC320AD50C的集成電路作為輸入信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器(102)。接受到的保密語(yǔ)音信號(hào)將輸出到耳機(jī)中，因此輸出部分采用型號(hào)為L(zhǎng)M386的運(yùn)算放大器構(gòu)成輸出模擬信號(hào)的放大與濾波電路B(103)，采用型號(hào)為TLC320AD50C的集成電路作為輸出信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器(104)(注輸入信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器(102)與輸出信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器(104)實(shí)際為一片集成電路)。
待發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化后的碼率為128kbps(注本方案中由于采用的是16bits的A/D轉(zhuǎn)換器)，直接傳送需要比較高的信道帶寬，因此發(fā)送前必須采用語(yǔ)音壓縮算法進(jìn)行壓縮，接受時(shí)再采用同樣的算法進(jìn)行解壓。在眾多的語(yǔ)音壓縮算法中，我們選擇了壓縮后的碼率低、恢復(fù)語(yǔ)音質(zhì)量較好，但算法較難的ITUG.723.1壓縮算法。ITU G.723.1對(duì)語(yǔ)音壓縮后的碼率僅為5.3k/6.3kbps，適合于無(wú)線通信。由于該算法的特點(diǎn)，語(yǔ)音壓縮會(huì)帶來(lái)至少30ms的延時(shí)。
為了對(duì)發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行壓縮和CPRS混沌加密，對(duì)接受到的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行CPRS混沌解密和解壓縮運(yùn)算，本方案中選擇TI公司生產(chǎn)的型號(hào)為TMS320VC5409_100的定點(diǎn)運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)，并配套采用型號(hào)為SST39VF400A的程序存貯器(106)、型號(hào)為TPS767D301的電源變換與濾波芯片。根據(jù)理論計(jì)算并參照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這樣的選擇可以確保足夠的運(yùn)算能力，在對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行壓縮和解壓縮，并同時(shí)進(jìn)行CPRS混沌加解密時(shí)，系統(tǒng)帶來(lái)的總延時(shí)量約為32ms，完全滿足實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信的要求。
為實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，本方案選用型號(hào)為PTR2000的無(wú)線傳輸模塊(13)。該模塊工作于半雙工方式，采用串口通信方式與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)通信。
本方案中RS232數(shù)據(jù)輸入/輸出接口與串口控制(105)采用型號(hào)為MAX232和16C550的集成電路，鍵盤顯示與通信口控制(12)采用型號(hào)為AT89C51的單片機(jī)芯片，外部邏輯與時(shí)序控制電路(107)采用可編程芯片PLD_MACH4_32。
2、工作原理說(shuō)明(參考圖5)采用本發(fā)明完成的實(shí)時(shí)語(yǔ)音無(wú)線混沌保密通信裝置可以進(jìn)行“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的保密通信，對(duì)軟件稍加修改后還可以用來(lái)進(jìn)行“一對(duì)多”的可尋址通信等，這里僅對(duì)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的保密通信原理進(jìn)行說(shuō)明。
進(jìn)行保密通信時(shí)，雙方通信裝置中的DSP芯片(108)在開(kāi)機(jī)通電后自動(dòng)將程序存儲(chǔ)器(106)中的快速CPRS混沌保密算法、ITU G.723.1語(yǔ)音壓縮解壓縮算法等程序裝入DSP芯片(108)內(nèi)的程序存儲(chǔ)區(qū)，并自動(dòng)開(kāi)始執(zhí)行該程序。通電后的初始化階段雙方將完成初始化設(shè)置并經(jīng)無(wú)線信道建立起數(shù)據(jù)通信的同步通信裝置正常工作時(shí)，通信雙方的A/D轉(zhuǎn)換芯片(TLC320AD50C)(102)分別同時(shí)對(duì)放大和濾波(101)后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采集，采集后的信號(hào)經(jīng)數(shù)字化后成為128kbps的數(shù)據(jù)流經(jīng)同步串口存入到DSP芯片(108)的緩沖區(qū)中。A/D芯片(102)每30ms發(fā)出一次中斷要求DSP(108)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
雙方的DSP芯片(108)定時(shí)對(duì)采集的語(yǔ)音數(shù)據(jù)按ITU G723.1語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)需進(jìn)行CPRS混沌加密編碼(參考圖2)以保證數(shù)據(jù)的安全性，然后再對(duì)該數(shù)據(jù)按傳輸要求打包，送入發(fā)送緩沖區(qū)經(jīng)無(wú)線傳輸模塊(13)發(fā)出。
雙方的無(wú)線傳輸模塊(13)接受的數(shù)據(jù)經(jīng)糾錯(cuò)后亦分別送DSP芯片(108)進(jìn)行CPRS混沌解密編碼(參考圖3)與數(shù)據(jù)解壓縮處理。解壓后的數(shù)據(jù)同時(shí)送至D/A轉(zhuǎn)換芯片(104)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大濾波(103)后還原出對(duì)方的聲音，從而實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音保密通信。
通信系統(tǒng)在正常工作過(guò)程中，雙方按半雙工方式輪流收和發(fā)，整個(gè)收發(fā)過(guò)程自動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步，通信雙方并無(wú)任何不暢的感覺(jué)。
通信雙方可以通過(guò)各自的鍵盤(12)選擇正常或保密通話方式，選擇保密通話方式時(shí)需要輸入約定的加解密密鑰，通話雙方的密鑰不同時(shí)，耳機(jī)中重放出無(wú)序的噪音，以提醒通話方所使用的密鑰有誤需重新設(shè)置。
裝置中的液晶顯示器(12)可以顯示輸入的信息和當(dāng)前的工作狀態(tài)。
通信過(guò)程中的一方或雙方關(guān)斷電源時(shí)，通信中斷。斷電方的電源恢復(fù)后會(huì)自動(dòng)進(jìn)行初始化設(shè)置并和另一方重新進(jìn)行握手以建立起通信信道和同步關(guān)系。
3、實(shí)現(xiàn)的主要性能與技術(shù)指標(biāo)本項(xiàng)應(yīng)用實(shí)例中，語(yǔ)音的采集速率為8KHz、16位量化，采用高速TMS320VC5409_100DSP器件和ITU G723.1協(xié)議對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)碼率為5.3/6.3Kbps，可傳輸?shù)恼Z(yǔ)音帶寬達(dá)到100-3400Hz，傳輸延時(shí)不大于32ms。無(wú)線通信方式為FSK半雙工，通信速率為不大于8kbps，這些技術(shù)水平和指標(biāo)均不低于普通數(shù)字通信設(shè)備的要求。
4、應(yīng)用前景本項(xiàng)應(yīng)用實(shí)例中，利用了數(shù)字型號(hào)處理器(DSP)運(yùn)算能力強(qiáng)的特點(diǎn)，進(jìn)行語(yǔ)音的實(shí)時(shí)壓縮與解壓縮和CPRS混沌加解密，具有速度快，通信延遲小，模塊化，接口靈活且可方便地嵌入到普通的模擬通信設(shè)備中，如車載電話、短波電臺(tái)、普通的報(bào)話機(jī)、企業(yè)集群移動(dòng)電話、家庭用無(wú)繩電話中，亦可以運(yùn)用于公安部門或安全保密部門的應(yīng)急保密通信、軍用保密通信、網(wǎng)上通話、微波通信、衛(wèi)星通信等。該項(xiàng)技術(shù)還可以方便地用來(lái)改造各種模擬通信設(shè)備如普通報(bào)話機(jī)和短波電臺(tái)使其成為可尋址的通信設(shè)備。其語(yǔ)音通話質(zhì)量?jī)?yōu)于GSM的語(yǔ)音質(zhì)量，信息安全性能高。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)流混沌編解碼方法，其特征在于，編解碼算法基于單向耦合環(huán)狀迭代(OCRML)非線性系統(tǒng)(207)、(307)，采用運(yùn)行這種單向耦合環(huán)狀迭代系統(tǒng)(OCRML)產(chǎn)生混沌信號(hào)，并對(duì)混沌信號(hào)進(jìn)行截?cái)嗵幚矶a(chǎn)生的混沌偽隨機(jī)序列(204)、(304)對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行加、解密運(yùn)算(1)發(fā)射端加密系統(tǒng)利用了如下方程組(0-1)在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)中進(jìn)行迭代運(yùn)算得到混沌信號(hào)xn(m)(206)，經(jīng)Z[]運(yùn)算(205)后產(chǎn)生混沌偽隨機(jī)序列rn(204)，并在編碼器(202)中對(duì)數(shù)據(jù)流s(n)(201)進(jìn)行加密編碼，產(chǎn)生加密后的密文序列g(shù)(n)(203)后發(fā)出rn＝Z[xn(m)]——“Z[]”為截?cái)嗷煦缧盘?hào)的運(yùn)算gn＝rnsn——“”為異或運(yùn)算xn+1(1)＝(1-ε)f[xn(1)]+εgn/65536 (0-1)xn+1(i)＝(1-ε)f[xn(i)]+εf[xn(i-1)]xn(m+1)＝xn(1) i＝2，3，...，m——為單向耦合環(huán)狀迭代系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)(2)接收端解密系統(tǒng)將接受到的密文數(shù)據(jù)流g’(n)(303)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，利用如下方程組(0-2)在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)中進(jìn)行迭代運(yùn)算，得到接受端的混沌信號(hào)yn(m)(306)，經(jīng)Z[]運(yùn)算(305)后產(chǎn)生出接受端的混沌偽隨機(jī)序列r’n(304)，并在解碼器(302)中對(duì)接受數(shù)據(jù)流g’(n)(303)進(jìn)行解碼運(yùn)算，產(chǎn)生解密后的密文序列s’(n)(301)r’n＝Z[yn(m)7——“Z[]”為截?cái)嗷煦缧盘?hào)的運(yùn)算s’n＝r’ng’n——“”為異或運(yùn)算yn+1(1)＝(1-ε)f[yn(1)]+εgn/65536 (0-2)yn+1(i)＝(1-ε)f[yn(i)]+εf[yn(i-1)]yn(m+1)＝y(tǒng)n(1) i＝2，3，...，m——為單向耦合環(huán)狀迭代系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)接受系統(tǒng)同步時(shí)，混沌信號(hào)yn(m)(306)與混沌信號(hào)xn(m)(206)相同，接受端恢復(fù)出來(lái)的混沌偽隨機(jī)序列r’n(304)與發(fā)送端的混沌偽隨機(jī)序列rn(204)完全相同，則解碼后的數(shù)據(jù)流s’(n)(301)與發(fā)送的數(shù)據(jù)流s(n)(201)完全相同，接受端準(zhǔn)確恢復(fù)出原發(fā)送數(shù)據(jù)；(3)運(yùn)算“Z[]”(205)與(305)是指將混沌信號(hào)xn(m)(206)與yn(m)(306)進(jìn)行截?cái)嗳≌\(yùn)算，以得到一個(gè)16比特的有符號(hào)整型數(shù)；(4)上述方程組(0-1)、(0-2)中的m值可以根據(jù)加密強(qiáng)度和數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)的運(yùn)算能力來(lái)確定，一般取m≥3；(5)上述方程組(0-1)、(0-2)中的方程f(x)可以選用非線性方程，如折線方程或二次拋物線方程；(6)上述方程組(0-1)、(0-2)中系數(shù)ε的取值范圍為0＜ε＜1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)流混沌編解碼方法，其特征在于(1)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)自動(dòng)下載存貯在程序與數(shù)據(jù)緩沖存貯器(106)中的快速CPRS混沌保密算法軟件，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)通過(guò)其自身的數(shù)據(jù)口接受嵌入數(shù)據(jù)流混沌編解碼模塊化電路(10)的應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)出的密鑰數(shù)據(jù)；亦可以通過(guò)“鍵盤、顯示與通信口控制”電路(MCU)(11)接受輸入的密鑰，并將密鑰數(shù)據(jù)處理成快速CPRS混沌保密算法方程中的有關(guān)系數(shù)和初始條件值；(2)發(fā)送時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)將發(fā)送數(shù)據(jù)流與混沌偽隨機(jī)序列(CPRS序列)直接進(jìn)行逐位異或運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)加密處理。密文數(shù)據(jù)流按需要送傳輸模塊(12)進(jìn)行信道編碼后傳輸；(3)接受時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)將利用收到的密文數(shù)據(jù)流自動(dòng)同步收方的CPRS混沌系統(tǒng)，產(chǎn)生出解碼所需的解密混沌偽隨機(jī)序列(CPRS序列)，并將密文數(shù)據(jù)流與混沌偽隨機(jī)序列(CPRS序列)直接進(jìn)行逐位異或運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)解密處理，恢復(fù)出原數(shù)據(jù)流；(4)由于信道噪聲導(dǎo)致接受密文數(shù)據(jù)流發(fā)生誤碼時(shí)，CPRS混沌系統(tǒng)可以在誤碼發(fā)生后很短時(shí)間內(nèi)再次實(shí)現(xiàn)同步，該過(guò)程無(wú)需外部干預(yù)，從而恢復(fù)正確數(shù)據(jù)流的輸出；(5)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)在對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)流進(jìn)行逐位異或加密運(yùn)算過(guò)程中不添加其他信息，因而密文數(shù)據(jù)流中無(wú)冗余，不會(huì)給通信信道增加額外負(fù)擔(dān)。
3.一種數(shù)據(jù)流混沌編解碼模塊化電路(10)，其特征是包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)、程序與數(shù)據(jù)緩沖存貯器(106)、邏輯與時(shí)序控制電路(107)、輸入模擬信號(hào)的放大與濾波電路A(101)、模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換電路(102)、輸出模擬信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換電路(104)、放大與低通濾波電路B(103)、串行輸入/輸出數(shù)字接口電路與串口控制芯片(105)等構(gòu)成，程序與數(shù)據(jù)緩沖存貯器(106)、邏輯與時(shí)序控制電路(107)是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)的外圍連接電路，輸入模擬信號(hào)的放大與濾波電路A(101)連接模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換電路(102)，并與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)通過(guò)同步串口(MCBSP)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)通過(guò)同步串口(MCBSP)與輸出模擬信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換電路(104)、放大與低通濾波電路B(103)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接；串行輸入/輸出數(shù)字接口電路通過(guò)串口控制芯片(105)與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)連接，實(shí)現(xiàn)串行輸入/輸出數(shù)據(jù)流與DSP(108)的直接通信。
4.由權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)流混沌編解碼模塊化電路(10)，其特征是設(shè)有模擬和數(shù)字信號(hào)兩種輸入/輸出接口。
5.由權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)流混沌編解碼模塊化電路(10)，其特征是采用型號(hào)為TLC2272ACD的集成電路構(gòu)成輸入模擬信號(hào)的放大與濾波電路A(101)，采用型號(hào)為TLC320AD50C的集成電路作為輸入信號(hào)的A/D與D/A轉(zhuǎn)換器(102)。
6.由權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)流混沌編解碼模塊化電路(10)，其特征是采用型號(hào)為PTR2000的無(wú)線傳輸模塊(13)。外部邏輯與時(shí)序控制電路(107)采用可編程芯片PLD_MACH4_32。
全文摘要
一種數(shù)據(jù)流混沌編解碼方法和模塊化電路，編解碼方法基于單向耦合環(huán)狀迭代(OCRML)非線性系統(tǒng)(207)、(307)產(chǎn)生混沌信號(hào)，并對(duì)混沌信號(hào)進(jìn)行截?cái)嗵幚矶a(chǎn)生的混沌偽隨機(jī)序列(204)、(304)對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行加、解密運(yùn)算發(fā)射端加密系統(tǒng)利用了方程組在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(108)中進(jìn)行迭代運(yùn)算得到混沌信號(hào)x
文檔編號(hào)H04K1/02GK1564504SQ200410014400
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月23日
發(fā)明者季曉勇, 倪皖蓀, 王新龍, 韓康榕, 陸侃云, 單增羅布(藏) 申請(qǐng)人:南京大學(xué)