現代信息安全與混沌保密通信應用研究

朱陸費

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現代信息安全與混沌保密通信應用研究

朱陸費

中國電信股份有限公司浙江分公司，浙江 杭州 310000

21世紀是信息時代，信息網絡技術為人們打開新時代之門，人們的生活與生產發生巨大的變化。針對這一嶄新的領域，現代信息安全問題成為人們關注的話題之一，混沌保密通信技術將信息安全技術引入一個新的發展方向。鑒于此，針對現代信息安全與混沌保密通訊技術的應用進行研究。

現代信息安全；混沌保密通信；應用

現代化的網絡時代具有很多不穩定因素以及安全漏洞，個人、企業以及政府單位的網絡存在黑客惡意攻擊的危機，會對其造成不可估量的損失，因此現代信息安全技術是我國現代化技術研究的重點。混沌保密通信技術是現代信息安全技術的一個突破性研究，混沌保密通信技術為世界經濟以及軍事領域先進技術的研發打下堅實的技術基礎[1]。

1 現代信息安全的概述

1.1 信息安全問題的類型

現代信息安全主要是指信息數據和網絡用戶的安全。現代信息安全常見的問題包括信息泄露、破壞信息的完整性、拒絕服務、非法使用和業務流分析等。信息泄露是最為常見的信息安全問題，將個人、企業或國家信息泄露或透漏給某個非授權的實體；破壞信息的完整性即信息數據被非授權地進行增刪、修改或破壞；拒絕服務即合法途徑訪問被無條件組織；非法使用即非授權方訪問或非授權的方式訪問；業務流分析即通過對網絡系統的全程監控，分析通信頻度、通信的信息流向、通信總量的變化等數據信息，總結出有價值的信息和規律等。

1.2 現代信息安全的特征

現代信息安全具有以下幾點基本特征：一是保密性。信息不泄露給非授權的個人、實體和過程或供其使用；二是完整性。信息未經授權不能對其信息進行更改、刪除、添加和破壞；三是可用性。合法用戶可以安全訪問用戶所需的信息以及相關資產；四是可控性。授權機構可以有效控制授權范圍內的信息流向；五是可審性。信息交流后，參與信息交流的雙方存在不可磨滅的痕跡[2]。

2 混沌保密通信的概述

混沌保密通信是現代信息安全技術的新領域，混沌信號具有非周期、連續寬頻帶、似噪聲的特點，混沌是確定性非線性電路。該特性在通信保密以及擴頻通信的研究領域方面取得很大的突破。

混沌保密通信具有以下幾點特性：一是隨機性。該通信系統內部具有自發的隨機性能，與外部環境無關；二是對初始條件的敏感和依賴。初始條件微小的差異經過長期使用后也會引起巨大的差異，并且其差異不可預測；三是有界性和遍歷性。混沌通信內部雖然具有隨機性，但是其運動軌道是一定區域內進行活動，這一區域被稱之為混沌吸引區。遍歷性是指混沌通訊系統在吸引區內的每一個狀態點；四是連續的功率普。混沌信號處于周期信號和完全不可預測信號兩者之間，混沌信號的頻譜占據很寬的寬帶，分布較均勻，該頻譜是由很多較窄的劍鋒組成；五是正的Lyapunov指數。該指數是對非線性映射產生的運動軌道間相互趨近或分離的整體效果的刻畫，該指數的值越大，軌道分離越快，不可預測性越強，其保密程度就越好。

3 混沌保密通信的應用研究

混沌保密通信分為模-模通信、模-數-模通信以及數-數通信三類，三種技術演變的三種模擬式保密機、模-數-模式保密機和數字式保密機，其中數字式保密機適用于現代信息傳輸。混沌保密通信技術的核心在于混沌掩蓋、混沌參數調制、混沌擴頻和混沌鍵控等技術，其是利用混沌信號作為信號的載體，在信號傳輸中對傳遞信號進行隱藏并加密，因為混沌信號類似噪聲信號，很難被竊聽者發現個破解，從而達到保密的效果。

3.1 混沌掩蓋

混沌掩蓋是最早的混沌通信技術，其本質是模擬混沌通信，其原理是利用類似噪聲的混沌信號對所傳輸的信息進行掩蓋，在接收端利用混沌信號同步的特性去除混沌掩蓋，接受有效信息。混沌掩蓋技術主要分為三種方式：混沌信號與有效信號之間通過相乘和相加不同形式結合的掩蓋方式，在接收端對掩蓋后的信號進行逆運算就可獲取有效信息，這一掩蓋方式主要應用驅動響應耦合混沌系統以及同步的特性；混沌信號作為偽隨機信號；將有限帶寬的信號隱藏在頻帶及寬的混沌型號中進行掩蓋[3]。

3.2 混沌參數調制

隨著科學技術的飛速發展，混沌技術逐漸被人們所知，相應的保密機制已經逐漸被透明化。因此在混沌掩蓋技術的基礎上不斷改進，增加其保密效果，混沌參數調制就是其改進方案之一。

混沌參數調制的基本思想就是將一個信息信號注入發送機，改變原混沌系統的動態特性，從而實現信息信號調制的目的。該技術發送的信號是隱藏在系統參數內，因此該保密性質要比混沌掩蓋技術好。這一方案的優良程度主要取決于其信號恢復程度，但是這一方案是參數調制，用函數求逆的方法進行恢復，十分容易受到外界信號的干擾，導致傳遞信息質量的降低，為了克服之一缺陷，采用多參數調制方案。

3.3 混沌擴頻

擴頻通信是傳輸帶寬為信息本身帶寬的10倍至100倍，在信息發送前對信號進行擴頻處理，實現很大的系統增益，提高抗干擾的能力，很大程度上降低信息被截獲的可能性。擴頻方式主要分為直接序列擴頻和跳頻兩種。直接序列擴頻是利用高速偽隨機序列對原數字信息直接進行擴頻；跳頻是讓載波頻率高速的在很寬的范圍內按照偽碼序列進行跳頻。

3.4 序列密碼的應用

序列密碼的保密程度主要取決于秘鑰序列，而秘鑰序列需要滿足序列周期足夠長；其不是隨機序列，但是其應具備一定的隨機性；其不可預測性要足夠大等條件。混沌信號具有初始條件的敏感性，快速衰減的相關函數和寬功率普的特性，使其可以作為一個良好的序列密碼。

混沌加密主要分為三種方式：混沌序列取代偽隨機序列，混沌系統作為偽隨機序列發生器，這種加密方式易被破解；加密序列的秘鑰設置為混沌系統的參數，將明文設置為混沌系統的初始條件或部分初始條件，然后多次迭代促使秘鑰和明文充分混合；利用混沌自同步的特性，將其混沌系統對模擬信號的加密。發送端應用混沌信號調制特加密信號，然后將調制好的信號在通信道上傳輸。該通信信道類似噪聲信號，竊聽者很難識別，最后在接收端利用混沌信號的同步性進行去掩蓋從而對其進行接收[4]。

4 結束語

綜上所述，現代信息安全與混沌保密通信是現代信息網絡時代不可或缺的研究項目，混沌保密通信利用自身的特性與原信號進行有機結合，對信號進行掩蓋、調制和擴頻等處理，提高信號傳輸的抗干擾性，從而維護用戶的信息安全。

[1]吳健.現代信息安全與混沌保密通信應用研究[J].信息系統工程，2014（11）：53.

[2]李振國，高敏.淺析四階變型蔡氏電路混沌同步保密通信系統[J].科技風，2015（3）：152.

[3]韓鳳英.混沌同步的數字化信息保密通信方案設計[J].昆明學院學報，2015（3）：63.

[4]陳春光，禹思敏.基于混沌序列的視頻保密通信[J].電視技術，2014（23）：16.

Modern Information Security and Privacy Chaos Communication Application

Zhu Lufei

Zhejiang branch of China Telecom Corporation Limited, Zhejiang Hangzhou 310000

The 21st century is the information age, information technology network for people to open the door to a new era,people's life and industrial change dramatically for this new field of modern information security has become one of the subject of attention,chaotic secure ICT information security technology into a new direction.This paper is aimed at the application of modern information security and chaos secure communication technology research.

Modern information security; chaotic secure communications; application

TN918

A

1009-6434(2016)07-0110-02