遙測數(shù)據(jù)與飛行器技術(shù)指標的密切相關(guān)，特別是隨著新—代武器系統(tǒng)的發(fā)展，測信息的安全性就顯得更加重要。在現(xiàn)代電子戰(zhàn)環(huán)境的驅(qū)使下，為防止第三方非法獲取這些信息，對依靠無線傳送的遙測數(shù)據(jù)進行加密顯得至關(guān)重要。

一、遙測信息加密的基本要求

由于遙測信息主要反映飛行器的性能參數(shù)，因此對遙測信息的加密應(yīng)具備：

(1)加密系統(tǒng)性能完全靠密鑰來實現(xiàn)。

(2)密鑰體制不僅要經(jīng)得起秘窮舉搜索法一攻擊和“密文”攻擊，而且還要經(jīng)得起“明文”攻擊。所謂“明文攻擊，就是密碼分析者能夠截獲足夠多的密文及其原來的明文，進而分析出加密用”的密鑰。

(3)加密設(shè)備應(yīng)盡量簡單。

二、混沌理論在遙測信息加密中的應(yīng)用

混沌序列加密主要是利用由混沌系統(tǒng)迭代產(chǎn)生的序列。作為一種非線性序列，該序列結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以分析和預(yù)測，同時，混沌序列還具有較寬的頻譜、對初始條件十分敏感等特點，這樣的特性使得混沌序列加密系統(tǒng)能夠抵抗基于頻譜分析和窮盡搜索攻擊，因此對混沌序列進行正確的長期預(yù)測是不可能的。下表給出了混沌序列密碼與傳統(tǒng)密碼學(xué)之間的聯(lián)系，因此將混沌理論應(yīng)用于遙測保密通信系統(tǒng)，完全能夠滿足遙測信息加密的基本要求。

三、混沌密鑰序列發(fā)生器?

采用Chebyshev映射，其定義如下：

將生成的而進行最化，量化規(guī)則如下：

得到如圖1所示的混沌偽隨機序列{Sn}。在這里，工作密鑰可取為混沌迭代初值Xo、迭代參數(shù)k和加密的起始相位φo等。

四、遙測PCM數(shù)據(jù)如何加密

由于序列加密是密鑰按碼元或字節(jié)對明文逐個加密，每一碼元或字節(jié)加密用的密鑰都是不相同的，因此收發(fā)兩端的密鑰必須保持嚴格同步，否則會釀成大錯。如何才能保持收發(fā)收發(fā)的密鑰同步，同時又能保證高的密碼強度呢？

采用連續(xù)同步的方式，將同步密鑰（工作密鑰）放入PCI幀結(jié)構(gòu)中，工作密鑰與幀同步碼及幀序號和PCM密文數(shù)據(jù)組合成一個完整的數(shù)據(jù)幀。接收端在位同步及幀同步的基礎(chǔ)上進行密鑰檢測提取，最后得到解密密鑰，同時啟動接收端的密鑰發(fā)生器產(chǎn)生本地的解密密鑰流序列，完成PCM數(shù)據(jù)的解密，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。遙測PCM密文幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

加密的具體措施如下：

(1)收發(fā)兩端先預(yù)置相同的初始密鑰和起始相位。

(2)把每幀加密用的初始密鑰封裝進相應(yīng)的遙測數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)里，并使每幀的密鑰各不相同，以提高加密的強度。由初始密鑰產(chǎn)生的密鑰序列只對本幀的Pai數(shù)據(jù)加密，幀同步碼及幀序號不做任何處理。

(3)將上一幀混沌迭代的最后一個數(shù)值做為下一幀混沌迭代的初值，使每幀的加密密鑰形成所謂的“飛輪效應(yīng)”，這樣即使在通信信號中斷后，收端的密鑰重新同步也變得很容易，有利于收端的密鑰提取，判別。

(4)為克服有限精度效應(yīng)的影響，可使每幀的迭代參數(shù)七按收發(fā)雙方約定的規(guī)律變化。

(5)由于該方案中密鑰直接暴露在密文里，因此需對密鑰進行口二次處理一，以抵抗密文分析和信道誤碼導(dǎo)致的錯誤解密。

這里的“二次處理”過程主要是指：

(1)先對初始密鑰進行糾錯編碼．由于初始密鑰一般較短，為確保傳輸?shù)恼_及簡化設(shè)備，因此可采用簡單的(3.1)重復(fù)碼，雖編碼效率R=1/3，但可極大增強抗干擾能力，降低密鑰的譯碼錯誤概率。

(2)對編碼后的初始密鑰進行加密處理，避免密鑰的直接暴露。加密變換采用簡單的置換密碼（換位密碼），通過重排來打亂原來的位置，即：

式中π-1是π的逆置換。另外該操作還能起到對原來的糾錯重復(fù)碼進行擾亂的作用，增加破譯的難度。

1、密碼系統(tǒng)同步性能分析

假設(shè)傳輸信道誤碼率為Pe，同步頭長為nbit，加密密鑰長為mbit，則定義(n+m) bit在信道中傳輸均不錯的概率為密碼同步成功率。

假設(shè)信道的誤碼率為Pe=5×10-3，m=16，n=24，則加密系統(tǒng)的密碼同步成功率P為：

顯然這樣的密碼同步成功率不能滿足要求。

現(xiàn)采用上述方案中的(3，1)重復(fù)碼，則密鑰的誤碼率可從Pe降為Pe’：

那么，16bit同步密鑰正確傳送的概率為：

假設(shè)同步頭被識別出的概率為Pr，則最終加密系統(tǒng)的密碼同步成功率P可以達到：

故該方法明顯提高了加密系統(tǒng)的密碼同步成功率：而且，由于每幀的加密密鑰形成了所謂的“飛輪效應(yīng)”，因此能進一步確保收端的正確解密，這對遇測加密系統(tǒng)來說非常重要。

2、加密強度分析

該方案利用混沌原理來產(chǎn)生密鑰流序列．由于混沌序列具有非周期、寬頻譜、似噪聲的特性，而且，混沌信號對初值的極端敏感性和遍歷的特點，決定了混沌信號的長期行為不可預(yù)測性。根據(jù)密碼學(xué)原理，密鑰流序列越不可預(yù)測，復(fù)雜度越高，系統(tǒng)就越難破譯。另外，混沌信號是由確定性系統(tǒng)產(chǎn)生的，這保證了混沌信號很容易產(chǎn)生和復(fù)制，為混沌解密提供了可能。

本加密方案中，每個PCM數(shù)據(jù)幀的加密密鑰流序列各不相同，但所用的加密密鑰間形成了“飛輪”關(guān)系，這樣既能保證整個遙測加密系統(tǒng)的高安全性，又避開了有限精度效應(yīng)對混沌迭代造成的序列性能惡化的影響，最重要的是對收端的正確解密很有幫助，特別是在收發(fā)兩端信號中斷后需要重新同步的情況下；混沌序列發(fā)生器的迭代參數(shù)μ和加密的起始相位φ0可事先約定。

而且由于每幀的加密密鑰是一個變化的密鑰種子，使得整個遙測加密系統(tǒng)達到了“一次一密”的加密效果，同時大大簡化了“一次一密”密碼體制中的密鑰產(chǎn)生，分配和管理的程序，滿足了對機密信息加密的要求。

因此，本遙測數(shù)據(jù)加密方案中的加減密同步密鑰為混沌迭代的初值x0，但收發(fā)兩端事先約定的密鑰有：混沌迭代參數(shù)k，每幀加密的密鑰流序列的起始相位φ0，糾錯編碼的方式和置換矩陣的具體形式，確保了遙測數(shù)據(jù)的加密強度。

3、誤碼率分析

圖3給出了遙測PCM系統(tǒng)的誤碼率曲線，其中‘0’表示未經(jīng)混沌加密的系統(tǒng)誤碼率情況，而‘×’表示遙測PCM數(shù)據(jù)先經(jīng)混沌密鑰序列加密，然后在相同信道下傳輸?shù)玫降氖斩苏`碼率，可以看出，兩種條件下系統(tǒng)的誤碼率幾乎沒有變化，說明加密交換沒有引起系統(tǒng)的誤碼擴散。

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