基于混沌序列的安全网络编码方案及其FPGA实现

摘要

近年网络编码技术的出现为现代通信网络带来的新的生机，在传统网络中中继节点只对数据进行存储转发操作而不对数据做任何处理，有别于传统网络，网络编码允许中继节点进行编码操作，能够提升网络性能。除此之外，网络编码在传输速率、数据吞吐量和可靠性上的优势，使网络编码成为了当前的研究热点。
　　安全问题是在通信网络中必须要考虑的因素之一，网络编码的出现给网络安全提供了新的解决思路。因此如何将传统安全方案与网络编码相结合，构造出能高效传输数据且具有安全性能的安全网络编码方案成为人们关注的焦点。窃听攻击和污染攻击是当前威胁网络安全的两种主要攻击方式，而窃听攻击又是污染攻击的前提，本文主要就网络编码中窃听攻击进行了分析与研究：
　　（1）对安全网络编码的研究背景以及研究进展做了概述，分析对比了几种经典安全网络编码方案，总结了各方案优缺点，重点研究了基于密码学的抗全局窃听网络编码方案。
　　（2）针对传统安全编码方案安全性能低、计算量大、占用带宽等问题，提出一种新的安全网络编码构造方案。利用 logistic混沌序列直接加密一维数据消息，在加密数据消息过程中用消息本身做扰动，每个数据的加密都实现了一次一密加密体制。同时利用m序列对混沌序列进行扰动，与随机数密钥构造出稀疏编码系数矩阵，对加密消息和未加密消息进行线性组合后传输到编码信道中。此方案不仅提升了网络安全性能，减小了运算复杂度，且没有占用网络带宽。
　　（3）将编码方案利用FPGA实现信源加密、信道传输和信宿解密过程，提高了网络传输效率，增强了网络的可靠性和安全性。验证了安全网络编码方案硬件实现的可操作性。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 网络编码概述

1.2安全网络编码研究背景及意义

1.3网络编码实际应用

1.4主要内容及结构安排

2网络编码相关基础

2.1网络编码理论基础

2.2网络编码的定义

2.3线性网络编码

3经典防窃安全网络编码方案

3.1网络窃听模型

3.2基于信息论的安全网络编码方案

3.3基于密码学的安全网络编码方案

3.4本章小结

4基于混沌序列的双重加密安全网络编码方案设计

4.1混沌序列及其特性

4.2常见的混沌映射及序列生成

4.3安全网络编码方案

4.4性能分析

4.5本章小结

5安全网络编码方案的FPGA实现

5.1 FPGA系统开发环境及硬件平台

5.2整体方案设计

5.3网络编码基本模型

5.4信源加密及信宿解密

5.5运行结果

5.6本章小结

结论

参考文献

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