基于成對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，拾取的方法主要有兩種類型——感應式和并接式。感應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，經(jīng)過放大和處理后提取有用的信息。并接式直接將話機或者竊聽裝置并聯(lián)連接在電話線路上，即通常所說的搭線竊聽。因此，對有線電話傳輸過程的安全防護引起了國內外學者的廣泛關注，保密電話機應運而生。

　　目前的保密電話機的設計中，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，如數(shù)據(jù)加密對硬件的計算要求較高，數(shù)據(jù)加密是相對安全的，密鑰的泄漏是致命的。能否設計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)也能夠達到掩蓋明文使攻擊者無法正常讀取的技術呢?這正是本作品開展研究的出發(fā)點。

　　PCMA(對稱載波復用，Paired Carrier Multiple Access)是衛(wèi)星通信領域的頻率復用方式，在通信過程中，雙方地面終端同時使用完全相同的頻率/時隙/擴頻碼。使用本技術可使頻帶利用率提高一倍，同時可有效防止第三方對雙方通信信號的截獲，大大增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。成?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/載波">載波的體制由于相互疊加，無法分離兩端信號，第三方不能獲得通話雙方的信息，具有安全性特點。如把這一特點著重加以利用，理論上可構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)成對載波復用技術在衛(wèi)星通信中的應用原理，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)，就可以達到在信道上的任意一點、每一時刻都發(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行監(jiān)聽，得到的都是疊加的載波信號，無法進行解調，即使解調也無法得到信息。而通信的雙方由于擁有本地端保存下來的信號值，便可以在得到信號之后應用回波抵消的技術將收到的信號中經(jīng)由一定回路返回的信號消去，提取結果即對方發(fā)送的信號。整個過程是保密的，并且進行了有效的通信。

　　2 系統(tǒng)原理與仿真

　　2.1 PCMA的基本原理

　　PCMA是衛(wèi)星通信領域一種新的頻率復用方式，通過采用一定的技術手段，可以允許兩個不同的衛(wèi)星地面站同時使用完全相同的頻率、時隙或擴頻碼，從而可將現(xiàn)有的衛(wèi)星信道的頻帶利用率提高一倍。PCMA技術的特點是使正在通信的兩個終端所使用的信道數(shù)由4個減少為2個，即兩個終端的上行信號和下行信號分別疊加在一起。同時，由于PCMA信號在時域和頻域完全重疊，采用PCMA可以有效防止第三方對雙方通信信號的截獲，使安全保密性更強，而付出成本卻很低，對系統(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A，衛(wèi)星站B發(fā)射上行信號B;信號A、B同時使用相同的上行頻率，信號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A1+B1。衛(wèi)星站A根據(jù)自己的發(fā)射信號可得出估計信號A2(該估計信號A2接近下行信號A1)。同理，衛(wèi)星站B可估計得出估計信號B2。因此，衛(wèi)星站A可以接收到衛(wèi)星B的信號B1為：A1+B1-A2≈B1。