一種優化的保密管理模型的研究與仿真

管延軍,王鵬,安曉江

(1.北京海泰方圓科技有限公司,北京 100193;2.電子文件真實性認定與保障技術北京市

工程實驗室,北京 100193)

一種優化的保密管理模型的研究與仿真

管延軍1,2,王鵬1,2,安曉江1,2

(1.北京海泰方圓科技有限公司,北京 100193;2.電子文件真實性認定與保障技術北京市

工程實驗室,北京 100193)

摘要：指出了傳統的通信編碼加密模型采用的是隨機相位特征分區的加密算法,對信息加密過程的隨機碼編碼性能不好,保密通信性能不高。提出了一種基于隨機性碼元頻數檢測的優化保密通信管理模型,以實現通信數據的加密傳輸。進行保密通信管理模型構建和數據特征分析,提取保密通信信道中的信息加密傳輸循環碼比特序列特征,采用混沌預測進行加密信號的隨機解碼,利于保密通信和數據傳輸,實現了優化保密管理及仿真。仿真實驗結果表明:采用該模型能有效實現保密通信管理,通信加密成功率較高,誤碼率較低,提高了加密性能,改善了通信質量。

關鍵詞：保密;通信;加密算法;模型

收稿日期：2015-07-14

作者簡介：管延軍(1971—)，男，吉林汪清人,工程師,主要從事信息安全密碼相關技術等工作。

中圖分類號：TN911

文獻標識碼：A

文章編號：編號：1674-9944(2015)09-0305-03

1引言

隨著網絡通信信息技術的迅猛發展,通信安全問題逐漸顯現出來,因此信息加密和數據編碼傳輸是保障信息安全的關鍵,信息加密成為影響現代網絡化信息發展的瓶頸問題。當今隨著軍事通信保密性的升級和竊密、反竊密技術的不斷發展革新,研究數據加密算法,提高編解碼的速率和數據傳輸安全,成為密碼學研究的熱點問題,同時也是對保密通信的要求提出了新的挑戰,2009年美國海軍實驗室研究人員Pecora和Carroll在國際上首次采用驅動-響應式進行隨機性碼元頻數比特序列保密通信,為隨機性碼元頻數比特序列的加密算法的研究提出了新的課題?？梢?研究一種優化的保密通信管理模型提高通信數據的加密性能具有重要意義[1]。

在保密通信領域中,隨機性碼元頻數比特序列的比特序列加密一直是工程領域研究的熱點課題,常用的編碼結構的設計方法有譜分析法、時頻分析法、小波變換法和ARMA模型法等現代信號處理方法,采用線性碼、循環碼、卷積碼、TURBO碼等糾錯編碼方式實現對碼間干擾的抑制和對信道變化的跟蹤。傳統的通信編碼加密模型采用的是隨機相位特征分區的加密算法,對信息加密過程的隨機碼編碼性能不好,保密通信性能不高。對此,相關文獻進行了改進設計[2],其中,文獻[3]提出一種基于頻分復用子信道傳輸的無線通信加[3,4]密算法,實現通信保密管理,但是該算法存在計算復雜,開銷較大的缺點;文獻[4]提出一種基于混沌理論的通信加密算法,對無線通信信號進行準確的接收和調制解調,加密性能較好,但該算法的缺點是在高維空間中進行混沌特征分析,可能出現相位偏移和失真,導致加密性能不好[5,6],針對上述問題,本文提出基于隨機性碼元頻數檢測的優化保密通信管理模型,實現通信數據的加密傳輸。首先對通信數據進行多狀態的分布特性計算,根據對通信數據規律的分析,對多狀態的隱層分布進行統計計算,引入不斷迭代更新,提取系統的噪聲特性,對噪聲和真正的通信數據進行分離,實現保密通信和數據傳輸,最后進行仿真實驗實現性能驗證,展示了本文算法在提高保密通信性能方面的優越性。

2保密通信管理模型構建和數據特征分析

2.1　基本知識描述和保密通信管理模型構建

首先構建保密通信管理模型,通信實現了人們隨時隨地的通信要求,從而獲得了飛速發展,頻分復用作為移動通信的技術支持之一,起到了不可替代的重要作用。本文采用量子密碼學方法進行通信保密管理模型構建,經過近些年的發展,量子密碼學發展出來的經典方案有如下幾種:①EPR粒子對:采用基于量子糾纏的方案實現,代表為E91 協議；②雙態方案:在兩個非正交的量子態下實現,代表為B92 協議；③多態方案:采用基于兩種共軛基的方法實現,其代表為BB84 協議；④密鑰分配方案:采用基于正交態的量子態實現,即為不可克隆的正交定理；通過上述分析,構建了保密通信管理模型。

2.2　數據特征分析

(1)

(2)

(3)

根據上述特征提取結果,然后研究盲源信號、信噪分離算法,以此實現保密通信循環碼加密模型及特征提取。

(4)

對接收通信信號采取改進盲源分離算法進行計算,通過多天線系統進行通信信號的信號與噪聲的分離,同時也使得信號可以在同樣頻率的同一信道中進行復用傳輸,實現信號加密和數據編碼。

3算法改進設計與實現

傳統的通信編碼加密模型采用的是隨機相位特征分區的加密算法,對信息加密過程的隨機碼編碼性能不好,保密通信性能不高。為了克服傳統方法的弊端,本文提出基于隨機性碼元頻數檢測的優化保密通信管理模型,實現通信數據的加密傳輸。

遍歷表達式current_node中的每個變量var,最后得到語義系統檢錯碼信任權重值表示為:

(5)

上式中,Trusta→b代表檢錯碼元A對鄰居鏈路B的信任權重值;IRb(ICL)為跨層鏈路類間重視度信息編碼權重,客觀上反映為報表A的可信程度;SemSimHie(ix,ij)關聯信息矢量,得到分塊編碼加密之后的算術編碼為:

(6)

將編碼嵌入到加密體系,進行隨機碼序列生成設計,在含有k個特征的子集s中,ref為類與特征間的平均相關度,rff是特征之間的相關度,在上述進行隨機碼序列生成的前提下,信息加密密鑰設計,對每個分塊編碼按照序列“011111111”插入,構造出新的序列X=x1,x2,……,xn,并統計序列X的二項式和Sn=x1+x2+…+xn,信息加密區間也是反向對應的,可得:

Ii=f-1(x)(Ii+1)

(7)

size(Ii)=pisize(Ii+1)

(8)

對通信數據進行多狀態的分布特性計算,根據對通信數據規律的分析,引入不斷迭代更新,提取系統的噪聲特性,對噪聲和真正的通信數據進行分離,得到保密信息通信系統的比特序列輸出為:

(9)

(10)

4仿真實驗

為了驗證本文算法在實現保密通信管理中的性能,進行仿真實驗,實驗平臺建立在Xilinx Virtex-5上,采用Virtex-5 XC5VLX330 FPGA作為目標可重構器件,比特序列加密數據的長度為4 s,采樣率為8 kHz,量化精度為16 Bit。密文數據庫結構中的乘法運算綜合結果和資源分布情況見表1。

表1　加密密文數據庫結構中分布資源

根據上述仿真環境和參數設定,進行保密通信管理仿真,加密序列進行分段測試,為加密成功率為測試指標,得到采用本文算法和傳統算法下的保密通信加密成功率對比結果如圖1所示。從圖可見,采用本文算法進行保密通信管理,通信加密成功率較高,誤碼率較低,提高了加密性能,改善了保密通信質量。

圖1　保密通信管理模型的加密輸出性能

5結語

基于信息加密的網絡安全保密通信網絡系統廣泛應用在加密通信、隨機碼通信和數車載多傳感器通信等領域,成為當今保密通信的熱點問題。本文提出基于隨機性碼元頻數檢測的優化保密通信管理模型,實現通信數據的加密傳輸。首先對通信數據進行多狀態的分布特性計算,根據對通信數據規律的分析,對多狀態的隱層分布進行統計計算,引入不斷迭代更新,提取系統的噪聲特性,對噪聲和真正的通信數據進行分離,實現保密通信和數據傳輸,實現優化保密管理及仿真,實驗結果表明,采用該模型能有效實現保密通信管理,通信加密成功率較高,誤碼率較低,提高了加密性能,改善了通信質量。

參考文獻：

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[4] 付雄,程文青.安全電子支付系統研究[J].計算機科學,2005,32(1):108~109.

[5] 陳利,朱變.一種改進的電子現金方案[J].計算機應用研究,2011,27(12):4659~4661.

[6] 宋鈺,何小利,何先波,等.基于云計算神經網絡調度算法研究[J].計算機仿真,2009(4):78~79.

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