基于成對(duì)載波和混沌加密的有線保密電話系統(tǒng)(08-100)

　　1 背景

　　電話被竊聽或非法監(jiān)聽問題一直是影響有線電話安全的主要問題，有線電話的竊聽，首先就是從電話線路上拾取通話音頻信號(hào)，拾取的方法主要有兩種類型——感應(yīng)式和并接式。感應(yīng)式是通過拾取電話通話過程中從線路上輻射出來的微弱信號(hào)，經(jīng)過放大和處理后提取有用的信息。并接式直接將話機(jī)或者竊聽裝置并聯(lián)連接在電話線路上，即通常所說的搭線竊聽。因此，對(duì)有線電話傳輸過程的安全防護(hù)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，保密電話機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

　　目前的保密電話機(jī)的設(shè)計(jì)中，普遍采用了數(shù)據(jù)加密方式。數(shù)據(jù)加密方式行之有效，但也存在一些缺點(diǎn)，如數(shù)據(jù)加密對(duì)硬件的計(jì)算要求較高，數(shù)據(jù)加密是相對(duì)安全的，密鑰的泄漏是致命的。能否設(shè)計(jì)出一套不依賴于密鑰與加密算法(例如，衛(wèi)星通信中的PCMA技術(shù))也能夠達(dá)到掩蓋明文使攻擊者無法正常讀取的技術(shù)呢?這正是本作品開展研究的出發(fā)點(diǎn)。

　　PCMA(對(duì)稱載波復(fù)用，Paired Carrier Multiple Access)是衛(wèi)星通信領(lǐng)域的頻率復(fù)用方式，在通信過程中，雙方地面終端同時(shí)使用完全相同的頻率/時(shí)隙/擴(kuò)頻碼。使用本技術(shù)可使頻帶利用率提高一倍，同時(shí)可有效防止第三方對(duì)雙方通信信號(hào)的截獲，大大增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。成?duì)載波的體制由于相互疊加，無法分離兩端信號(hào)，第三方不能獲得通話雙方的信息，具有安全性特點(diǎn)。如把這一特點(diǎn)著重加以利用，理論上可構(gòu)成一套話音和其他信息保密傳輸?shù)南到y(tǒng)，這正是本作品研究的理論依據(jù)。

　　根據(jù)成對(duì)載波復(fù)用技術(shù)在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用原理，我們只需要通信的雙方使用同樣的頻帶傳輸，并且不停的在信道上傳輸數(shù)據(jù)，就可以達(dá)到在信道上的任意一點(diǎn)、每一時(shí)刻都發(fā)生疊加。這樣一來，除通信雙方之外的第三方在本地回路的任何地方進(jìn)行監(jiān)聽，得到的都是疊加的載波信號(hào)，無法進(jìn)行解調(diào)，即使解調(diào)也無法得到信息。而通信的雙方由于擁有本地端保存下來的信號(hào)值，便可以在得到信號(hào)之后應(yīng)用回波抵消的技術(shù)將收到的信號(hào)中經(jīng)由一定回路返回的信號(hào)消去，提取結(jié)果即對(duì)方發(fā)送的信號(hào)。整個(gè)過程是保密的，并且進(jìn)行了有效的通信。

　　2 系統(tǒng)原理與仿真

　　2.1 PCMA的基本原理

　　PCMA是衛(wèi)星通信領(lǐng)域一種新的頻率復(fù)用方式，通過采用一定的技術(shù)手段，可以允許兩個(gè)不同的衛(wèi)星地面站同時(shí)使用完全相同的頻率、時(shí)隙或擴(kuò)頻碼，從而可將現(xiàn)有的衛(wèi)星信道的頻帶利用率提高一倍。PCMA技術(shù)的特點(diǎn)是使正在通信的兩個(gè)終端所使用的信道數(shù)由4個(gè)減少為2個(gè)，即兩個(gè)終端的上行信號(hào)和下行信號(hào)分別疊加在一起。同時(shí)，由于PCMA信號(hào)在時(shí)域和頻域完全重疊，采用PCMA可以有效防止第三方對(duì)雙方通信信號(hào)的截獲，使安全保密性更強(qiáng)，而付出成本卻很低，對(duì)系統(tǒng)的誤碼率影響極小。

　　圖2.1 PCMA原理圖

　　如圖2.1所示，衛(wèi)星站A發(fā)射上行信號(hào)A，衛(wèi)星站B發(fā)射上行信號(hào)B;信號(hào)A、B同時(shí)使用相同的上行頻率，信號(hào)A、B在衛(wèi)星上疊加，通過下變頻和功率放大后得到下行信號(hào)A1+B1。衛(wèi)星站A根據(jù)自己的發(fā)射信號(hào)可得出估計(jì)信號(hào)A2(該估計(jì)信號(hào)A2接近下行信號(hào)A1)。同理，衛(wèi)星站B可估計(jì)得出估計(jì)信號(hào)B2。因此，衛(wèi)星站A可以接收到衛(wèi)星B的信號(hào)B1為：A1+B1-A2≈B1。