专利名称：应用于数字对讲中的嵌套加密方法
技术领域：
本发明涉及数字通信领域中的信号加密方法，尤其是应用于数字集群系统 终端机有限运算速度数字信号处理器支持的信号加密方法。
背景技术：
数字对讲是数字集群通信技术领域的重要发展方向之一，其取代模拟对讲技 术是必然发展趋势。数字对讲技术理论上保密性能将大大优于模拟技术，因此 无线传输的保密性是手持数字对讲机的重要优势。然而因为手持式数字对讲机 的数字处理器运算速度有限，如何减少运算量，设计保密性和运算量比例合理 的算法就成为了提高数字对讲保密性的关键环节。目前几种甩于对讲机语音加 密的方案主要有以下几种1) CTCSS、 DCS等模拟信号加密技术通常采用时域或频域置乱进行加密；2) 利用一维混沌加密方法；3) 增加大量冗余信息的加密方法。 这些加密方法都难以满足高效低运算量的实时语音加密需求，第一种方法属于模拟信号加密技术，保密性能较差。第二种方法可以应用于数字语音信号 的加密，然而如果采用相空间重构结合穷举法也能对它进行高效破译攻击。第 三种方法安全性相当好，然而由于数传模块通信速率的限制，不可能增加多少 冗余信息，因此这种方法可以应用在网络保密通信中，而在无线通信中由于冗余度太小，不能实现其初衷，传统的AES和RSA等算法由于运算量大，就更不 适合应用在数字对讲技术中了。混沌加密算法是目前研究的热点领域，混沌掩 盖、键控、调制等各种加密方法已经得到了深入研究，但是考虑到安全性和效 率的平衡，实际应用中使用的最多的仍是一维混沌加密算法。如果手持式数字 对讲系统中能够采用效率更高的加密算法，那么数字语音通信技术就能有更好 的私密性保证。然而现阶段数字对讲语音信号的加密方法一直是数字集群通信 领域关注的问题，尚没有公开的技术资料涉及这方面的内容。发明内容本发明的目的在于针对数字对讲设备在加密方面存在的不足，提供一种采 用嵌套方式的新型加密方法。本发明的解决方案为 一种应用于数字对讲屮的嵌套加密方法，包括以下步骤1) 筛选一维非线性映射；2) 计算筛选出的非线性映射的Lyapmiov指数，标定各映射的混沌态区间， 形成数据库；3) 在归一化区间的前提下选取一组映射构造嵌套进行迭代运算；4) 信息发送方利用运算结果控制数据位的翻转，发送加密信息；5) 信息接收方逋过从密钥卡中读取方程和参数进行与信息发送方同样的嵌 套运算过程，用得到的密钥流对接收到的加密数据反变换解密；优选的是，筛选一维非线性映射时采用描绘相空间图的方法。4优选的是，计算非线性映射的Lyapunov指数时根据相轨线、相面积、相体积 进行计算，在确定混沌态区间后根据数字信号处理器的计算字长建立数据库， 包括数据I/0。优选的是，进行迭代运算时首先读入存储的第一重映射，由约定的参数进 行运算，其迭代结果作为开关变量控制第二重映射的种类，迭代一次，迭代结 果控制信息数据位的同时反馈到第一重映射中作为下一次迭代的初始值，如此 持续进行。本发明的有益效果为首先，由于设计多重一维非线性映射的嵌套式管理， 由上层映射迭代结果作为参数控制下层映射类型，下层非线性映射的结果对语 音数据流进行加密。因此该方法在同样使用一维映射的情况下将双参数控制扩 展为2n个控制参数，n为嵌套重数，最终得到的相空间为多个一维映射相空间 的巻积，基于一维非线性映射数目很大的事实，这样可以保证在通信方运算量 增加n倍的前提下，攻击方的运算量增加Nn倍，其中N为备选映射个数，n为 嵌套重数，如备选映射为100个，嵌套重数为3，则在通信方运算量增加3倍时 攻击方的运算量将增加106倍，这将给使用相空间重构结合穷举的攻击方法带来 巨大的困难，而运算量增加十分有限，常用的数字信号处理器完全可以满足需 求，因此该方法很适合于采用主频较低数字信号处理器的手持数字对讲系统实 现较高安全性的语音信号实时加密应用。另外，本发明采用的算法属于对称加 密算法，且对存储空间要求低，因此非常适合微控制器为基础的密钥卡工作方 式，微控制器的FLASH存储空间可以存储多组映射，同时可以方便的实现对映 射参数的加密设置，确保数据的安全性。
图1是本发明筛选一维映射的相空间描绘例图；图2是本发明确定映射混沌态的Lyapunov指数描绘例图；图3是本发明加密流程图。
具体实施方式
本发明的具体实施例，如图3所示， 一种应用于数字对讲中的嵌套加密方 法，包括以下步骤1) 采用描绘相空间图的方法筛选一维非线性映射；2) 用相轨线方法计算筛选出的非线性映射的Lyapunov指数，标定各映射的 混沌态区间，在确定混沌态区间后根据数字信号处理器的计算字长建立数据 库，包括数据I/0;3) 在归一化区间的前提下选取一组映射构造嵌套进行迭代运算，进行迭代 运算时首先读入存储的第一重映射，由约定的参数进行运算，其迭代结果作 为开关变量控制第二重映射的种类，迭代一次，迭代结果控制信息数据位的 同时反馈到第一重映射中作为下一次迭代的初始值，如此持续进行； 带入具体数值如下A.第一重迭代采取1(" + 1) = //"(")*(1-^("))其中〃 =3.7151,^0) = 0.1688使用 其迭代结果X(l)作为控制变量控制进入哪个第二重映射；B. 第二重迭代采用以下映射，当x(l)的结果位于不同的区间时进入不同的映 射(1) 若0《x(l) < 0.2500 ， 进入以下映射 x" + i) = afe(i.o —2.(X*:K")2) ><0) = 0.1286 ;② 若0.2500《jc(I) < 0.5000 ， 进入以下映射+ = "&[sin(2.31/><"))l ，)=0.1678 ;③ 若0.5000 d(l) < 0.7500 ， 进入以下映射K" + l) = a^{cos[3.0*arccosCKw))]} y(O) = 0.5869 ;④ 若0.7500《jc(1)< 1.0000，进入以下映射><"+1) = afo[3.0*><") —4.0*><w)3] _V(0) = 0.7611 。C. 迭代得到y(l)控制数据字节对应位翻转，同时将y(1)—x(l)，代入第一重 映射重新进行迭代得到x(2)，进一步得到y(2)控制下一个数据字节对应位 翻转；4) 信息发送方利用运算结果控制数据位的翻转，发送加密信息；5) 信息接收方通过从密钥卡中读取方程和参数进行与信息发送方同样的嵌 套运算过程，用得到的密钥流对接收到的加密数据反变换解密；
权利要求
1.一种应用于数字对讲中的嵌套加密方法，其特征在于，包括以下步骤1)筛选一维非线性映射；2)计算筛选出的非线性映射的Lyapunov指数，标定各映射的混沌态区间，形成数据库；3)在归一化区间的前提下选取一组映射构造嵌套进行迭代运算；4)信息发送方利用运算结果控制数据位的翻转，发送加密信息；5)信息接收方通过从密钥卡中读取方程和参数进行与信息发送方同样的嵌套运算过程，用得到的密钥流对接收到的加密数据反变换解密。
2. 如权利要求l所述的应用于数字对讲中的嵌套加密方法，其特征在于筛选一 维非线性映射时采用描绘相空间图的方法。
3. 如权利要求l所述的应用于数字对讲中的嵌套加密方法，其特征在于计算非 线性映射的Lyapunov指数时根据相轨线、相面积、相体积进行计算。
4. 如权利要求l所述的应用于数字对讲中的嵌套加密方法，其特征在于在确定 混沌态区间后根据数字信号处理器的计算字长建立数据库，包括数据VO。
5. 如权利要求l所述的应用于数字对讲中的嵌套加密方法，其特征在于进行迭 代运算时首先读入存储的第一重映射，由约定的参数进行运算，其迭代结果 作为开关变量控制第二重映射的种类，迭代一次，迭代结果控制信息数据位 的同时反馈到第一重映射中作为下一次迭代的初始值，如此持续进行。
全文摘要
本发明涉及一种应用于数字对讲中的嵌套加密方法，包括以下步骤1.筛选一维非线性映射；2.计算筛选出的非线性映射的Lyapunov指数，标定各映射的混沌态区间，形成数据库；3.在归一化区间的前提下选取一组映射构造嵌套进行迭代运算；4.信息发送方利用运算结果控制数据位的翻转，发送加密信息；5.信息接收方通过从密钥卡中读取方程和参数进行与信息发送方同样的嵌套运算过程，用得到的密钥流对接收到的加密数据反变换解密。本发明采用的算法属于对称加密算法，且对存储空间要求低，因此非常适合微控制器为基础的密钥卡工作方式，微控制器的FLASH存储空间可以存储多组映射，同时可以方便的实现对映射参数的加密设置，确保数据的安全性。
文档编号H04K1/00GK101330345SQ20081012647
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月4日 优先权日2008年7月4日
发明者金法银 申请人:金法银