改进的QCSK在混沌保密通讯系统中的应用

改进的QCSK调制在混沌保密通讯系统中的应用摘要：信息安全是信息时代的一个重要问题。尽管传统的保密方法保护信息安全行之有效,但是随着计算机技术的发展,加密系统被破译的情况时有发生。这种情况下,迫切需要一个新的保密机制,新的保密途径确保信息安全。混沌系统的特性决定了它能够承担这一重任,混沌保密通信成为近年来信息安全领域研究的热点之一。本文重点研究了：对于正常通讯中的信号的控制和QCSK混沌加密，采用对信号的变换来改进信号的形式，最后在用反变换来还原以前的信号，这样达到实现在通讯中的对于信号的QCSK保密的目的。控制方法的鲁棒性和实时性,使得保密通信系统具有鲁棒性高、实时性好的特点。关键词：1引言1990年，Pecora和Corroll提出了“混沌同步”的概念，并在电路试验中实现了两个耦合混沌系统的同步。由于混沌同步在保密通信、信号处理和生命科学等方面有十分广泛的应用前景和巨大的市场潜在价值，引起了人们的极大关注，并对此进行了广泛深入的研究。迄今为止已经提出并实现了基于同步的混沌保密通信方案:Oppenheim和Kocarev等的混沌遮掩保密通信；Dedieu等混沌开关保密通信；Halle等的混沌调制保密通信。从结构上看，现有的混沌通信系统都包含收发两端：发送端将信息调制成具有混沌特性的波形或码流；接收端通过同步解调将接收的波形或码流恢复出信息源。尤其是最近几年人们在混沌保密通讯方面做了很多的工作，还提出了无需同步的保密通信的技术，进一步扩大了混沌在保密通讯的应用范围。本文QSCK调制保密就是一种很好的混沌保密技术，对于混沌信号而言，由于它们的自相关函数随相关时间快速衰减、信号频谱呈现宽带性和连续性，并具有弱的互相关性，它们不具有稀疏性的特征，因此常规的用于欠定情况下的盲分离方法难于实现混沌信号的分离，并被视为盲分离问题实现的一个障碍。基于欠定条件下线性混合的混沌信号难以实现盲分离的事实，该方法具有保密性好、解密精度高的优点，并在强信道噪声干扰下依然有效。它不仅可以改变原来的信号变成另一种信号别人识别不出来的信号这样就可以起到很好的保护原来的信号的作用，它还有很好的防干扰信号的作用不仅好用还可以大面积的推广使用。利用不同的变换方程就可以起到不同的变换信号的作用。2系统描述QCSK调制保密是对于一开始的混沌信号进行加密起到保密的作用，初始信号迭代式子sinkxkq(1)141xkxkxk(2)式中x为系统的状态变量，k是迭代状态的次数(199k)，其中q为控制系统的参数其中q=99；初始的x(1)=0.212345使用以上两个迭代式子就是混沌信号的初始信号如图1所示。010203040506070809010000.10.20.30.40.50.60.70.80.91初始信号混沌信号x010203040506070809010000.10.20.30.40.50.60.70.80.91初始信号混沌信号x图1初始值10.212345x初始混沌信号图2初始值10.30000x初始混沌信号3QCSK保密通讯方案QSCK利用改进的希尔伯特变换对于信号的加密改变；所谓的变换就是把某一实函数xk的希氏变换定义为（才用定义的方式标注出来）1()()fHxkdt(3)即：()()ftftt(4)符号tf表示ft的H变换，H表示Hilbert变换。因次希氏变换相当于通过一个冲激响应为1/t的线性网络，该网络也称为希氏滤波器。因为()1/Htt，则其付氏变换H为()()jsgn()|()|jHHe(5)利用希尔伯特变换就是对应的加密信号加密后的信号时不同于原来的信号那么强度大了而且能很好地去控制她的信号强度。信号对比就比如原来产生的随机的信号到混沌信号再到加密后的信号的对比010203040506070809010000.20.40.60.81010203040506070809010000.10.20.30.40.50.60.70.80.91初始信号混沌信号x图3初始信号图4初始混沌信号0102030405060708090100-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81加密后的信号图像加密后的信号ms0102030405060708090100-3-2-10123加噪声后的调制信号y2图5加密后的信号图6加噪声后的调制信号变换平面图：初始信号Hilbert变换加密后的信号测试误码率解调加密信号系统性能分析图7QCSK加密系统流程图分析图原始的信号可以经过希尔伯特变换进行变换加密，对于不停地信号也可以进行噪声下很好的加密和保存，利用噪声对信号干扰这样可以使信号不能被很好地识别从而达到加密的作用。利用变换加密：2((),0.8,1)yAWGNimagy(6)加密后的图像0102030405060708090100-4-3-2-1012345加噪声后的调制信号y2图7加噪声后的调制图像图7是在已调制好的信号，加的噪声为0.8，信号功率为1后的图像。这张图是对于已调制好的信号有进一步的噪声干扰进一步加密的目的。接收方是对信号的解调，通过解调才知道原来被加密的信号的信息在进一步的还原就知道原来的信号的真正的信息。使用一般的解调就可以解调出原来的信号，解调出的信号时信号功率为1噪声干扰为0.8的信号才是与原来信号相同解调是一个很复杂的过程需要很复杂的变换才能只知道原来的信息只有真正了解其中的过程才可以很准确地解调出被加密的信息。00.20.40.60.811.21.41.61.8200.10.20.30.40.50.60.70.80.91解调出的信号Zb010203040506070809010000.20.40.60.81图8调解后的图像图8第一个图是通过解调最后解调出信号功率为1，噪声干扰为0.8的信号。第二个图是解调出的原来的信号，对于这个解调又有对应的误码率，不同的解调又不停地误码率利用迭代可以画出误码率的图像。利用这个公式10.(/20)xSNRx(7)1/21/4/1/2yierfcsqrtxSNRikxSNRi(8)可以知道对于信噪比在0~18之间系统的理论误码率的图像如图902468101214161810-210-1100QCSK,K=2QCSK,K=16QCSK,K=64Eb/No[dB]BERQCSK的系统误码率02468101214161810-210-1100绿色的*表示QCSKK=2;红色的.表示DCSKK=2Eb/No[dB]BERK=2的系统误码率图9QCSK系统的误码率图10k=2的系统误码率由图9可知对于k为不同值时系统的误码率是不同的，随着k值的增大对应的误码率变化的图像是变大的方向趋近，k值影响着误码率的大小，控制k值可以控制误码率，所以赢取合适的k值才能减少误码率。QCSK系统和DCSK系统对比可以知道在噪声比相同的条件下他们的误码率的变换图像02468101214161810-210-1100QCSK,K=16DCSK,K=16Eb/No[dB]BERK=16时的系统误码率02468101214161810-0.910-0.810-0.710-0.610-0.510-0.4QCSK,K=16DCSK,K=64Eb/No[dB]BERK=16时的系统误码率图11k=16的系统误码率图12k=64的系统误码率以上三个图是DCSK系统和QCSK系统的误码率图像的对比可以知道在k值越小的条件下DCSK的误码率接近于QCSK系统的误码率，这与前面的结论是相同的，这样就可以知道QCSK这系统是可以对信号进行调制和加密并且对于以后的还原解调也是很好用的只要控制号对应合适的k值就可以还原原来的信号起到加密的作用。4结论本文基于QCSK调制方法对原来的信号进行希尔伯特变换把原信号变换成新的信号，并在噪声干扰的情况下新的信号依然保持很稳定，从而在调解出原信号过程中起到保密的作用。本文所提方法在加密过程中与DCSK比较在参数k改变的情况下具有很小的误码率，这样可以准确的知道新的信号被还原成原信号的程度，更有利于系统的更新和改进。反映出本文所提的方法具有很强的鲁棒性和实时性的特点,使得保密通信系统具有很好的应用价值。在实际通讯中，随着社会的发展保密是最重要的，这种方法是一种很好的通讯保密方案在以后的发展中也会有很大的应用价值。参考文献[1]