一种优化的保密管理模型的研究与仿真

管延军,王鹏,安晓江

(1.北京海泰方圆科技有限公司,北京 100193;2.电子文件真实性认定与保障技术北京市

工程实验室,北京 100193)

一种优化的保密管理模型的研究与仿真

管延军1,2,王鹏1,2,安晓江1,2

(1.北京海泰方圆科技有限公司,北京 100193;2.电子文件真实性认定与保障技术北京市

工程实验室,北京 100193)

摘要：指出了传统的通信编码加密模型采用的是随机相位特征分区的加密算法,对信息加密过程的随机码编码性能不好,保密通信性能不高。提出了一种基于随机性码元频数检测的优化保密通信管理模型,以实现通信数据的加密传输。进行保密通信管理模型构建和数据特征分析,提取保密通信信道中的信息加密传输循环码比特序列特征,采用混沌预测进行加密信号的随机解码,利于保密通信和数据传输,实现了优化保密管理及仿真。仿真实验结果表明:采用该模型能有效实现保密通信管理,通信加密成功率较高,误码率较低,提高了加密性能,改善了通信质量。

关键词：保密;通信;加密算法;模型

收稿日期：2015-07-14

作者简介：管延军(1971—)，男，吉林汪清人,工程师,主要从事信息安全密码相关技术等工作。

中图分类号：TN911

文献标识码：A

文章编号：编号：1674-9944(2015)09-0305-03

1引言

随着网络通信信息技术的迅猛发展,通信安全问题逐渐显现出来,因此信息加密和数据编码传输是保障信息安全的关键,信息加密成为影响现代网络化信息发展的瓶颈问题。当今随着军事通信保密性的升级和窃密、反窃密技术的不断发展革新,研究数据加密算法,提高编解码的速率和数据传输安全,成为密码学研究的热点问题,同时也是对保密通信的要求提出了新的挑战,2009年美国海军实验室研究人员Pecora和Carroll在国际上首次采用驱动-响应式进行随机性码元频数比特序列保密通信,为随机性码元频数比特序列的加密算法的研究提出了新的课题。可见,研究一种优化的保密通信管理模型提高通信数据的加密性能具有重要意义[1]。

在保密通信领域中,随机性码元频数比特序列的比特序列加密一直是工程领域研究的热点课题,常用的编码结构的设计方法有谱分析法、时频分析法、小波变换法和ARMA模型法等现代信号处理方法,采用线性码、循环码、卷积码、TURBO码等纠错编码方式实现对码间干扰的抑制和对信道变化的跟踪。传统的通信编码加密模型采用的是随机相位特征分区的加密算法,对信息加密过程的随机码编码性能不好,保密通信性能不高。对此,相关文献进行了改进设计[2],其中,文献[3]提出一种基于频分复用子信道传输的无线通信加[3,4]密算法,实现通信保密管理,但是该算法存在计算复杂,开销较大的缺点;文献[4]提出一种基于混沌理论的通信加密算法,对无线通信信号进行准确的接收和调制解调,加密性能较好,但该算法的缺点是在高维空间中进行混沌特征分析,可能出现相位偏移和失真,导致加密性能不好[5,6],针对上述问题,本文提出基于随机性码元频数检测的优化保密通信管理模型,实现通信数据的加密传输。首先对通信数据进行多状态的分布特性计算,根据对通信数据规律的分析,对多状态的隐层分布进行统计计算,引入不断迭代更新,提取系统的噪声特性,对噪声和真正的通信数据进行分离,实现保密通信和数据传输,最后进行仿真实验实现性能验证,展示了本文算法在提高保密通信性能方面的优越性。

2保密通信管理模型构建和数据特征分析

2.1　基本知识描述和保密通信管理模型构建

首先构建保密通信管理模型,通信实现了人们随时随地的通信要求,从而获得了飞速发展,频分复用作为移动通信的技术支持之一,起到了不可替代的重要作用。本文采用量子密码学方法进行通信保密管理模型构建,经过近些年的发展,量子密码学发展出来的经典方案有如下几种:①EPR粒子对:采用基于量子纠缠的方案实现,代表为E91 协议；②双态方案:在两个非正交的量子态下实现,代表为B92 协议；③多态方案:采用基于两种共轭基的方法实现,其代表为BB84 协议；④密钥分配方案:采用基于正交态的量子态实现,即为不可克隆的正交定理；通过上述分析,构建了保密通信管理模型。

2.2　数据特征分析

(1)

(2)

(3)

根据上述特征提取结果,然后研究盲源信号、信噪分离算法,以此实现保密通信循环码加密模型及特征提取。

(4)

对接收通信信号采取改进盲源分离算法进行计算,通过多天线系统进行通信信号的信号与噪声的分离,同时也使得信号可以在同样频率的同一信道中进行复用传输,实现信号加密和数据编码。

3算法改进设计与实现

传统的通信编码加密模型采用的是随机相位特征分区的加密算法,对信息加密过程的随机码编码性能不好,保密通信性能不高。为了克服传统方法的弊端,本文提出基于随机性码元频数检测的优化保密通信管理模型,实现通信数据的加密传输。

遍历表达式current_node中的每个变量var,最后得到语义系统检错码信任权重值表示为:

(5)

上式中,Trusta→b代表检错码元A对邻居链路B的信任权重值;IRb(ICL)为跨层链路类间重视度信息编码权重,客观上反映为报表A的可信程度;SemSimHie(ix,ij)关联信息矢量,得到分块编码加密之后的算术编码为:

(6)

将编码嵌入到加密体系,进行随机码序列生成设计,在含有k个特征的子集s中,ref为类与特征间的平均相关度,rff是特征之间的相关度,在上述进行随机码序列生成的前提下,信息加密密钥设计,对每个分块编码按照序列“011111111”插入,构造出新的序列X=x1,x2,……,xn,并统计序列X的二项式和Sn=x1+x2+…+xn,信息加密区间也是反向对应的,可得:

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

(7)

size(Ii)=pisize(Ii+1)

(8)

对通信数据进行多状态的分布特性计算,根据对通信数据规律的分析,引入不断迭代更新,提取系统的噪声特性,对噪声和真正的通信数据进行分离,得到保密信息通信系统的比特序列输出为:

(9)

(10)

4仿真实验

为了验证本文算法在实现保密通信管理中的性能,进行仿真实验,实验平台建立在Xilinx Virtex-5上,采用Virtex-5 XC5VLX330 FPGA作为目标可重构器件,比特序列加密数据的长度为4 s,采样率为8 kHz,量化精度为16 Bit。密文数据库结构中的乘法运算综合结果和资源分布情况见表1。

表1　加密密文数据库结构中分布资源

根据上述仿真环境和参数设定,进行保密通信管理仿真,加密序列进行分段测试,为加密成功率为测试指标,得到采用本文算法和传统算法下的保密通信加密成功率对比结果如图1所示。从图可见,采用本文算法进行保密通信管理,通信加密成功率较高,误码率较低,提高了加密性能,改善了保密通信质量。

图1　保密通信管理模型的加密输出性能

5结语

基于信息加密的网络安全保密通信网络系统广泛应用在加密通信、随机码通信和数车载多传感器通信等领域,成为当今保密通信的热点问题。本文提出基于随机性码元频数检测的优化保密通信管理模型,实现通信数据的加密传输。首先对通信数据进行多状态的分布特性计算,根据对通信数据规律的分析,对多状态的隐层分布进行统计计算,引入不断迭代更新,提取系统的噪声特性,对噪声和真正的通信数据进行分离,实现保密通信和数据传输,实现优化保密管理及仿真,实验结果表明,采用该模型能有效实现保密通信管理,通信加密成功率较高,误码率较低,提高了加密性能,改善了通信质量。

参考文献：

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[3] 彭建新,王常吉.离线匿名电子现金系统的设计与实现[J].计算机科学,2007,34(3):129~131.

[4] 付雄,程文青.安全电子支付系统研究[J].计算机科学,2005,32(1):108~109.

[5] 陈利,朱变.一种改进的电子现金方案[J].计算机应用研究,2011,27(12):4659~4661.

[6] 宋钰,何小利,何先波,等.基于云计算神经网络调度算法研究[J].计算机仿真,2009(4):78~79.

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