【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及數(shù)據(jù)加密與通信系統(tǒng)，具體涉及一種基于智能超表面技術(shù)和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。
技術(shù)介紹
1、目前傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在面臨隱私保護(hù)、頻譜效率、抗干擾性和安全性等方面存在一些挑戰(zhàn)。在無(wú)線通信中，由于信號(hào)的傳播受限于環(huán)境和傳輸媒介，存在對(duì)通信的竊聽(tīng)和干擾的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，頻譜資源有限，頻譜效率和能效成為優(yōu)化通信系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題。智能超表面技術(shù)作為一種新興技術(shù)，通過(guò)調(diào)控電磁波的傳播路徑，為通信系統(tǒng)提供了更多的控制手段。然而，如何更好地利用這一技術(shù)來(lái)提高通信的隱私性、頻譜效率以及抗干擾性仍然是需要解決的問(wèn)題。另一方面，混沌加密作為一種非常有效的加密手段，利用混沌動(dòng)力學(xué)的非線性和不可預(yù)測(cè)性，提供了對(duì)信息的強(qiáng)大保護(hù)。然而，現(xiàn)有的通信系統(tǒng)在集成混沌加密時(shí)可能面臨算法復(fù)雜性、實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)性能的挑戰(zhàn)。因此，有必要提供一種綜合智能超表面和混沌加密的通信系統(tǒng)，以克服傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的種種局限性，提高通信的安全性、效率和適應(yīng)性。鑒于此，如何提供一種安全性更高，復(fù)雜度較低的加密算法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供了一種基于智能超表面和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，該方法能夠很好地解決無(wú)線通信傳輸所存在的安全性低的問(wèn)題，提高了通信系統(tǒng)的頻譜效率。
2、本專利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于智能超表面和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括如下步驟：
3、混沌序列生成，選擇混沌映射
4、密鑰生成，將產(chǎn)生的混沌序列應(yīng)用于密鑰生成；
5、設(shè)計(jì)ris控制機(jī)制，通過(guò)使用混沌序列對(duì)ris表面上的反射系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；
6、頻率選擇和頻譜擴(kuò)展，在ris上實(shí)現(xiàn)頻率選擇功能，與混沌信號(hào)的頻譜擴(kuò)展相結(jié)合，以提高頻譜效率和抵抗頻譜感知攻擊；
7、數(shù)據(jù)加密，將混沌加密模塊集成到通信系統(tǒng)中，以確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中得到加密保護(hù)。所述加密方法使用分組加密算法，將明文劃分為固定長(zhǎng)度的塊，并對(duì)每個(gè)塊進(jìn)行獨(dú)立的加密處理，采用多輪迭代的方式，每輪使用不同的密鑰部分對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行處理；
8、數(shù)據(jù)解密，接收方使用相同的混沌序列(密鑰)對(duì)加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。
9、進(jìn)一步地，本專利技術(shù)混沌序列生成中使用的串級(jí)混沌系統(tǒng)，即使用串聯(lián)混合映射。由于一維混沌映射對(duì)初始條件非常敏感，即微小的初始變化可能導(dǎo)致系統(tǒng)軌跡之間的巨大差異，并且盡管混沌系統(tǒng)表現(xiàn)出隨機(jī)的行為，但它們實(shí)際上是確定性系統(tǒng)。除此之外，在數(shù)值計(jì)算中，一維混沌映射有時(shí)可能受到數(shù)值不穩(wěn)定性的影響等等缺點(diǎn)，因此選擇混合混沌映射。由于logistic映射與tent映射的形式非常簡(jiǎn)單，易于理解和實(shí)現(xiàn)并且具有明顯的非線性特性，因此選取兩種常用的一維混沌映射logistic映射與tent映射，其數(shù)學(xué)公式分別為
10、xn+1＝r*xn*(1-xn)
11、
12、xn為映射在第n個(gè)時(shí)刻的輸出,r為映射參數(shù)。組合后的映射具有更好的混沌動(dòng)力學(xué)特性，從而可以產(chǎn)生隨機(jī)性更好的混沌序列。
13、進(jìn)一步地，本專利技術(shù)ris控制機(jī)制，主要是通過(guò)混沌序列來(lái)控制ris參數(shù)調(diào)整。pid控制算法是一種經(jīng)典的反饋控制算法，算法相對(duì)簡(jiǎn)單并且具有較好的穩(wěn)定性，易于理解和實(shí)施。它只涉及三個(gè)基本參數(shù)：比例、積分和微分項(xiàng)，使得調(diào)節(jié)相對(duì)容易。其數(shù)學(xué)公式為
14、
15、其中,u(t)是控制器的輸出，e(t)是系統(tǒng)的誤差(期望值與實(shí)際值之差)，kp,ki,kd分別是比例、積分和微分項(xiàng)的系數(shù)。通過(guò)混沌序列調(diào)整參數(shù)比例kp,積分ki,微分項(xiàng)kd，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通信環(huán)境的變化。
16、進(jìn)一步地，本專利技術(shù)頻率選擇和頻譜擴(kuò)展，在ris上引入頻率選擇與頻譜擴(kuò)展模塊，通過(guò)調(diào)整反射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率范圍的選擇性反射或折射。結(jié)合混沌信號(hào)，擴(kuò)展信號(hào)的頻譜特性，提高頻譜利用效率。
17、其中，ris中的反射系數(shù)是指超表面上的每個(gè)單元對(duì)入射信號(hào)的反射強(qiáng)度。具體來(lái)說(shuō)，反射系數(shù)通常用復(fù)數(shù)表示，包括振幅和相位。復(fù)數(shù)形式的反射系數(shù)可以描述信號(hào)的幅度和相位在反射過(guò)程中的變化。超表面上的每個(gè)單元都具有一定的電磁特性，通過(guò)調(diào)整這些特性，可以改變反射系數(shù)。這可以通過(guò)調(diào)整超表面單元中的電容、電感或其他參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)巧妙地調(diào)整超表面上每個(gè)單元的反射系數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定方向的信號(hào)進(jìn)行定向反射或折射。這種定向性可以用于優(yōu)化通信鏈路或防止信號(hào)干擾。ris的優(yōu)勢(shì)之一是其自適應(yīng)性，即在不同的通信場(chǎng)景中，它可以根據(jù)實(shí)時(shí)的通信需求和環(huán)境變化來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整反射系數(shù)。這種自適應(yīng)性使得ris能夠靈活適應(yīng)多樣化的通信環(huán)境。ris中的反射系數(shù)是控制超表面對(duì)入射信號(hào)反射的關(guān)鍵參數(shù)，其調(diào)整能夠?qū)νㄐ判阅苓M(jìn)行優(yōu)化，因此調(diào)整反射系數(shù)對(duì)提高信號(hào)質(zhì)量、增強(qiáng)系統(tǒng)的容量和改善通信鏈路的性能具有重要作用。
18、進(jìn)一步地，本專利技術(shù)結(jié)合混沌信號(hào)，擴(kuò)展信號(hào)的頻譜特性，是由于混沌序列具有頻譜擴(kuò)展的性質(zhì)，即其頻譜覆蓋了相對(duì)寬廣的頻率范圍。這種頻譜擴(kuò)展使得混沌信號(hào)在頻域上表現(xiàn)出復(fù)雜的、無(wú)規(guī)律的變化，與傳統(tǒng)的周期性信號(hào)相比，其頻譜更加分散。混沌序列在頻率上不僅包含離散的頻率分量，而且其頻譜是連續(xù)分布的。這表示混沌信號(hào)在頻率范圍內(nèi)的分量密度較高，呈現(xiàn)出更為連續(xù)和分散的頻譜形態(tài)。
19、所述數(shù)據(jù)加密解密，使用的加密方法為分組加密算法，其加密解密式子如下
20、
21、ri＝li+1
22、代表異或操作，f代表輪函數(shù)，ki是第i輪子密鑰。在這個(gè)框架中，不要求f函數(shù)是可逆的，即不需要確保解密過(guò)程中f函數(shù)的逆操作。解密仍然需要進(jìn)行相同的迭代和輪操作，以獲得原始明文信息。只有在使用正確密鑰的情況下，才能成功還原明文，否則無(wú)法獲取相關(guān)的明文信息。
23、本專利技術(shù)包括輪函數(shù)，引入了混淆和擴(kuò)散，混淆是指通過(guò)增加非線性操作來(lái)使密碼算法的輸入和輸出之間的關(guān)系變得復(fù)雜和難以預(yù)測(cè)。混淆的目標(biāo)是模糊明文和密文之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，增加攻擊者對(duì)密碼系統(tǒng)的理解難度。擴(kuò)散是指通過(guò)改變輸入的一位或幾位來(lái)使輸出的每一位都受到影響，確保單個(gè)位的變化會(huì)傳播到輸出的大部分位。擴(kuò)散有助于確保對(duì)輸入的微小變化都會(huì)導(dǎo)致輸出的大幅度變化，提高密碼算法的敏感性。
24、有益效果：
25、1、本專利技術(shù)通過(guò)調(diào)整反射系數(shù)來(lái)優(yōu)化信號(hào)的傳輸路徑，混沌加密的引入增加了系統(tǒng)對(duì)外部干擾的抗干擾性，使得通信信號(hào)更難以被非法干擾和解密。
26、2、本專利技術(shù)通過(guò)ris頻率選擇和頻譜擴(kuò)展模塊的調(diào)整，可以提高頻譜的利用效率。混沌序列的引入使信號(hào)頻譜更加寬廣，進(jìn)一步增加了頻譜效率，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)的容量。
27、3、與傳統(tǒng)的加密方式相比，本專利技術(shù)混沌加密的引入提高了通信的安全性，防范了一系列潛在的安全威脅。根據(jù)通信環(huán)境的實(shí)時(shí)變化動(dòng)態(tài)調(diào)整反射系數(shù)和位本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于智能超表面技術(shù)和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能超表面技術(shù)和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，使用串聯(lián)混合映射，由于一維混沌映射對(duì)初始條件非常敏感，即微小的初始變化可能導(dǎo)致系統(tǒng)軌跡之間的巨大差異，并且盡管混沌系統(tǒng)表現(xiàn)出隨機(jī)的行為，但它們實(shí)際上是確定性系統(tǒng)，除此之外，在數(shù)值計(jì)算中，一維混沌映射有時(shí)可能受到數(shù)值不穩(wěn)定性的影響等等缺點(diǎn)，因此選擇混合混沌映射，由于Logistic映射與Tent映射的形式非常簡(jiǎn)單，易于理解和實(shí)現(xiàn)并且具有明顯的非線性特性，選取兩種常用的一維混沌映射Logistic映射與Tent映射，其數(shù)學(xué)公式分別為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能超表面技術(shù)和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述RIS控制機(jī)制是通過(guò)混沌序列來(lái)控制RIS參數(shù)調(diào)整，PID控制算法是一種經(jīng)典的反饋控制算法，算法相對(duì)簡(jiǎn)單并且具有較好的穩(wěn)定性，易于理解和實(shí)施，它只涉及三個(gè)基本參數(shù)：比例、積分和微分項(xiàng)，使得調(diào)節(jié)相對(duì)容易，其數(shù)學(xué)公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能超表
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能超表面技術(shù)和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)加密解密，使用的加密方法為分組加密算法，其加密解密式子如下
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能超表面技術(shù)和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括輪函數(shù),引入了混淆和擴(kuò)散，混淆是指通過(guò)增加非線性操作來(lái)使密碼算法的輸入和輸出之間的關(guān)系變得復(fù)雜和難以預(yù)測(cè),混淆的目標(biāo)是模糊明文和密文之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，增加攻擊者對(duì)密碼系統(tǒng)的理解難度,擴(kuò)散是指通過(guò)改變輸入的一位或幾位來(lái)使輸出的每一位都受到影響，確保單個(gè)位的變化會(huì)傳播到輸出的大部分位,擴(kuò)散有助于確保對(duì)輸入的微小變化都會(huì)導(dǎo)致輸出的大幅度變化，提高密碼算法的敏感性。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于智能超表面技術(shù)和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能超表面技術(shù)和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，使用串聯(lián)混合映射，由于一維混沌映射對(duì)初始條件非常敏感，即微小的初始變化可能導(dǎo)致系統(tǒng)軌跡之間的巨大差異，并且盡管混沌系統(tǒng)表現(xiàn)出隨機(jī)的行為，但它們實(shí)際上是確定性系統(tǒng)，除此之外，在數(shù)值計(jì)算中，一維混沌映射有時(shí)可能受到數(shù)值不穩(wěn)定性的影響等等缺點(diǎn)，因此選擇混合混沌映射，由于logistic映射與tent映射的形式非常簡(jiǎn)單，易于理解和實(shí)現(xiàn)并且具有明顯的非線性特性，選取兩種常用的一維混沌映射logistic映射與tent映射，其數(shù)學(xué)公式分別為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能超表面技術(shù)和混沌加密的通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述ris控制機(jī)制是通過(guò)混沌序列來(lái)控制ris參數(shù)調(diào)整，pid控制算法是一種經(jīng)典的反饋控制算法，算法相對(duì)簡(jiǎn)單并且具有較好的穩(wěn)定性，易于理解和實(shí)施，它只涉及三個(gè)基本參數(shù)：比例、積分和微分項(xiàng)，使得調(diào)節(jié)相對(duì)容易，其...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王少喆，劉舟，黃建軍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇務(wù)本電氣科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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