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基于混沌理论的遥测信息安全技术研究

罗启彬

  随着信息技术和通信对抗技术的飞速发展,信息在传输过程中的安全问题就日显突出,特别是对事关重要信息的再入遥测数据,采取何种技术来保证这些数据在开放空间中安全地传输到目的地,并尽可能使非授权方即便截获到这些数据也不能理解其真正含义,这是非常有意义的研究课题。近年来,随着混沌理论研究的逐步深入以及在应用领域所取得的重大进展,混沌密码学等技术逐渐成为当前研究的热点。可无论从安全性还是效率而言,现有的基于混沌理论的信息安全研究方案都还存在许多不足。 本文主要进行基于数字化混沌理论的遥测PCM数据加、解密和基于遥测PCM数据的混沌脉冲调制技术研究。研究成果具体体现在: 1.首先采用分组加密算法(如DES)和流加密算法对遥测PCM数据流分别进行加密,并通过比较收发两端的误码率情况,从而确定了流加密方式是适合遥测数据加密的加密体制,这样可避免接收误码的扩散。 2.建立了产生混沌序列密码的新型数学模型-HYBRID映射,重点分析了该映射的混沌特性,包括混沌态的产生机制、相轨迹、需要等待的过渡过程长短等,并采用定时微扰混沌迭代初值的办法成功地解决了有限精度效应对混沌映射的影响,最后提出了具体的HYBRID伪随机序列的生成算法,仿真结果表明该算法所产生的密钥流序列能很好的通过标准的随机性能测试,同时具有良好的自相关和互相关特性等特点;接着利用DSP技术实现了该混沌密钥流。该方案具有数字化、结构简单、实现容易和速度快等优点,实验结果表明用该方法产生的混沌密钥序列具有较理想的白噪声统计特性,能适用于遥测数据的加密系统。 3.建立了遥测PCM数据混沌加、解密系统的仿真平台,并结合收发两端密钥同步的实际情况,提出了“类一次一密”的遥测PCM数据混沌加、解密方案,并分析了收发两端密钥同步的具体措施,同时对该方案中密钥同步的可靠性、鲁棒性和安全性进行了分析。最后在多径瑞利衰落环境下对该系统进行了仿真验证。结果表明该方案不但没有引起收端的误码扩散,而且能够满足遥测PCM系统的加密强度要求。 4.对遥测PCM混沌加、解密系统进行了实验验证。并根据工程实际情况,对发端的PCM数据流混沌加密方案进行了详细地分析设计,最后利用信道衰落仿真器模拟遥测信道的环境,实现了接收终端的解密处理,为遥测PCM加、解密系统的最终实施做了卓有成效的探索。 5.分析了混沌脉冲位置调制与解调的原理,并对遥测系统中基于PCM数据的脉冲信号的保密传输技术进行了仿真分析,为遥测系统中的脉冲信号加、解密提供了一条新的思路。 6.讨论了混沌理论在扩频通信领域中的应用,并在构建的混合映射的基础上,重点讨论了混沌扩频序列的产生及优选方案、扩频序列的性能分析等等,可供遥测多目标系统参考。 在文章最后,我们对全文的研究工作进行了总结,并对基于数字化混沌理论的遥测领域今后要做的研究工作进行了展望。 本课题的研究得到了中国工程物理研究院科学技术基金面上课题“混沌理论及其在遥测数据加密中的应用研究(20050429)”和NSAF联合基金课题“遥测数据编码及加密技术研究(10776016)”的资助。……   
[关键词]:遥测;混沌;密码学;PCM帧;混沌脉冲位置调制;同步
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国工程物理研究院2009年