基于成對載波和混沌加密的有線保密電話系統(08-100)

　　1 背景

　　電話被竊聽或非法監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，普遍采用了數據加密方式。數據加密方式行之有效，但也存在一些缺點，如數據加密對硬件的計算要求較高，數據加密是相對安全的，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點。

　　PCMA(對稱載波復用，Paired Carrier Multiple Access)是衛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，大大增強數據傳輸的安全性。成對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的系統，這正是本作品研究的理論依據。

　　根據成對載波復用技術在衛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據，就可以達到在信道上的任意一點、每一時刻都發生疊加。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由一定回路返回的信號消去，提取結果即對方發送的信號。整個過程是保密的，并且進行了有效的通信。

　　2 系統原理與仿真

　　2.1 PCMA的基本原理

　　PCMA是衛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，從而可將現有的衛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，對系統的誤碼率影響極小。

　　圖2.1 PCMA原理圖

　　如圖2.1所示，衛星站A發射上行信號A，衛星站B發射上行信號B;信號A、B同時使用相同的上行頻率，信號A、B在衛星上疊加，通過下變頻和功率放大后得到下行信號A1+B1。衛星站A根據自己的發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，衛星站B可估計得出估計信號B2。因此，衛星站A可以接收到衛星B的信號B1為：A1+B1-A2≈B1。