CN114614986A - 报文加密传输方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种报文加密传输方法、装置及存储介质，其中方法包括：获取待加密的明文报文并对明文报文进行预处理，以及根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列；根据待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据目标加密算法以及密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文；将密文报文发送至接收端，以使接收端基于与所述目标加密算法相对应的解密算法解密密文报文以得到明文报文，对于不同类型的明文报文在预处理后，生成不同的密钥序列，从而实现了对明文报文的加密，提高了数据传输的安全性，并基于不同的目标加密算法进行加密，从而避免对于视频/图像报文加密时间过长。

Description

报文加密传输方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种报文加密传输方法、装置及存储介质。

背景技术

民用航空移动机场通信系统(AeroMACS)是国际民航组织推行的新一代航空宽带数据链通信技术，可为航空器等在机场场面区域提供安全可靠的数据链宽带通信服务，该系统在传统文本报文的基础上，可以提供实时图像和视频传输的能力。

目前，民航业暂未形成对于航空宽带数据链通信中对报文进行加密的有效方法，若对于所有的明文报文均采用AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)进行加密，那么在应用于图像/视频信息加密时，则会存在耗时长和效率低的问题，降低了航空数据链交互能力，因此如何能够对航空宽带数据链通信中的明文报文加密的同时避免降低航空数据链交互能力是亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种报文加密传输方法、装置及存储介质，对于不同类型的明文报文在预处理后，生成不同的密钥序列，从而实现了对明文报文的加密，提高了数据传输的安全性，并基于不同的目标加密算法进行加密，从而避免对于视频/图像报文加密时间过长，具体方案如下：

第一方面，提供一种报文加密传输方法，所述方法包括：

获取待加密的明文报文并对所述明文报文进行预处理，以及根据所述待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列；

根据所述待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据所述目标加密算法以及所述密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文；

将所述密文报文发送至接收端，以使所述接收端基于与所述目标加密算法相对应的解密算法解密所述密文报文以得到所述明文报文。

进一步地，所述根据所述待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括:

根据所述待加密的明文报文的类型以及所述初始密钥执行对应的基于预设的混沌系统的密钥序列生成操作，以生成所述密钥序列。

进一步地，在所述待加密的明文报文的类型为视频的情况下，该类型对应的目标加密算法是视频加密算法，对所述视频明文报文进行预处理包括：

将所述视频进行分帧并按照时间顺序排列得到图像流；

将所述图像流中的每一帧图像进行R、G、B三通道分离得到R、G、B三通道分别对应的三个图像矩阵；

将所述三个图像矩阵进行压缩感知测量得到对应的三个压缩矩阵。

进一步地，所述根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括：

根据预设的基础迭代次数以及所述初始密钥对所述混沌系统执行迭代操作；

针对每个所述压缩矩阵，根据该压缩矩阵的矩阵行数以及矩阵列数确定第一迭代次数，并根据所述第一迭代次数再次对所述混沌系统执行迭代操作以得到混沌序列，并对所述混沌序列按照大小进行排序，以得到该压缩矩阵对应的所述密钥序列。

进一步地，所述根据目标加密算法以及密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文包括：

针对每个所述压缩矩阵，将该压缩矩阵的元素按照该压缩矩阵所对应的密钥序列的索引值进行替换操作以得到对应的密文；

将每一帧对应的三个所述压缩矩阵对应的密文进行三通道合并以得到对应的密文图像；

对所有密文图像按照时间序列进行排序以得到密文图像流，并根据所述密文图像流得到对应的密文视频，并将所述密文视频作为所述密文报文。

进一步地，所述将所述三个图像矩阵进行压缩感知测量得到对应的压缩矩阵包括：

针对每个图像矩阵，按照下式执行运算：

Y＝DX；

其中，D为N×M维的测量矩阵，所述测量矩阵由离散余弦变换和随机高斯矩阵构成，X为M×M维的图像矩阵，Y为该图像矩阵对应的压缩矩阵。

进一步地，在所述待加密的明文报文的类型为文本的情况下，该类型对应的目标加密算法是文本加密算法；

所述获取待加密的明文报文并对明文报文进行预处理，以及所述根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括：

将所述文本按照预设的分块顺序以及预设的分块大小划分为明文块；

根据预设的基础迭代次数以及所述初始密钥对所述混沌系统执行迭代操作；

根据所述预设的分块大小确定第二迭代次数，并根据所述第二迭代次数再次对所述混沌系统执行迭代操作以得到目标序列，并对所述目标序列执行预设的运算以得到该文本对应的所述密钥序列。

进一步地，所述根据目标加密算法以及密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文包括：

根据所述密钥序列对每个明文块进行预设加密次数的高级加密运算得到加密报文块；

将全部所述加密报文块按照所述预设的分块顺序合成为所述密文报文。

进一步地，所述发送端为飞行器。

进一步地，所述将所述密文报文发送至接收端包括：

通过航空机场场面移动通信链路将所述密文报文传输至所述接收端。

第二方面，提供一种报文加密传输方法，所述方法包括：

发送端获取待加密的明文报文并对所述明文报文进行预处理，以及根据所述待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列；

所述发送端根据所述待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据所述目标加密算法以及所述密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文，以将所述密文报文发送至接收端；

所述接收端基于与所述目标加密算法相对应的解密算法解密所述密文报文以得到所述明文报文。

第三方面，提供一种报文加密传输装置，所述装置包括：

密钥模块，用于获取待加密的明文报文并对所述明文报文进行预处理，以及根据所述待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列；

加密模块，用于根据所述待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据所述目标加密算法以及所述密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文；

发送模块，用于将所述密文报文发送至接收端，以使所述接收端基于与所述目标加密算法相对应的解密算法解密所述密文报文以得到所述明文报文。

第四方面，提供一种存储介质，所述存储介质中存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载以执行如前所述的方法。

在本发明中，针对不同类型的明文报文，采用不同的预处理方法，不同的密钥序列以及不同的目标加密算法，从而生成不同的密文报文，从而对于不同类型的明文报文采用不同的加密方法获得密文报文，进一步地，可以根据明文报文的大小采用相应的加密方法，对于文本报文，在采用混沌系统获取到密钥序列后采用AES进行加密，对于视频/图像报文，采用压缩感知以及图像置乱的方法，降低了视频/图像报文的数据量，避免因为采用AES导致的视频/图像报文导致的加密时间过长，当本发明中的方法应用于飞行器系统中时，一方面，可以实现对飞行器系统中待传输的明文报文加密，避免数据的泄露，提高数据传输的安全性，另一方面，对于不同类型的明文报文实现不同的加密方法，避免采用相同的加密方法导致的对于数据量较大的视频/图像报文加密时间过长，进而避免降低航空系统数据链交互能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中应用于发送端的报文加密传输方法的流程图；

图2为本发明实施例中应用于飞行器系统以及对应的接收系统中的报文加密传输方法；

图3为本发明实施例中应用于飞行器系统中的视频报文加密方法的流程图；

图4为本发明实施例中应用于飞行器系统中的文本报文加密方法的流程图；

图5为本发明实施例中应用于发送端以及接收端中的报文加密传输方法的流程图；

图6为本发明实施例中对于图像重构的流程图；

图7为本发明实施例中报文加密传输装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在整个说明书中，对“一个实施方式”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施方式中”、“在实施方式中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。

如图1所示，本发明提供了一种报文加密传输方法，所述方法包括：

S101、获取待加密的明文报文并对明文报文进行预处理，以及根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列；

S102、根据待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据目标加密算法以及密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文；

S103、将密文报文发送至接收端，以使接收端基于与目标加密算法相对应的解密算法解密密文报文以得到明文报文。

在步骤101中，明文报文的类型包括文字明文以及视频/图像明文，当明文报文为视频/图像报文时，一般情况下，就数据量的大小而言，视频/图像明文比文字明文的数据量大，在对视频/图像进行加密时，时间通常较长，而且加密后对应的密文通常也较大，在数据传输过程中，占用较多带宽，因此，在本发明中对于不同类型的明文报文，预处理的方法不同，通过预设的初始密钥生成密钥序列的方法也不同。在步骤中，初始密钥是由发送端与接收端在报文加密传输之前进行预先约定的。

在步骤102中，不同类型的明文报文对应的加密算法也不同，因此，根据目标加密算法以及密钥序列对预处理后的明文报文加密并生成密文报文的方法不同。

在步骤103中，使用与目标加密算法相反的解密算法将密文报文解密成明文报文，其中，解密涉及图像/视频报文解密和文本报文解密两种方法，当接收端收到密文报文后，会根据密文报文的目标加密算法确定对应的解密算法。

在本发明中，针对不同类型的明文报文，采用不同的预处理方法，不同的密钥序列以及不同的目标加密算法，从而生成不同的密文报文，从而对于不同类型的明文报文采用不同的加密方法获得密文报文，示例性地，可以根据明文报文的大小采用相应的加密方法，对于文本报文较小，视频/图像报文较大，对于采用不同的加密方法，缩短视频/图像报文的加密时间，并降低了视频/图像报文加密后的数据量，避免在密文报文传输过程中占用较大的带宽，进一步地，当本发明中的方法应用于飞行器系统中时，一方面，可以实现对飞行器系统中待传输的明文报文加密，避免数据的泄露，提高数据传输的安全性，另一方面，对于不同类型的明文报文实现不同的加密方法，避免采用相同的加密方法导致的对于数据量较大的视频/图像报文加密时间过长，进而避免降低航空系统数据链交互能力。

进一步地，根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括：

根据待加密的明文报文的类型以及初始密钥执行对应的基于预设的混沌系统的初始密钥生成操作，以生成密钥序列。

在本发明中，Logistic混沌系统为密钥生成函数，用于生成密钥序列，Logistic混沌系统公式如下：

x_n+1＝u·x_n·(1-x_n)；式(1)；

上式中u为参数，取值为0<u<4，x₀为初值，取值范围为0<x₀<1，并且0<x_n<1，在本发明中u和x₀为初始密钥，n为迭代n次后的混沌数值，将初始密钥作为混沌系统的参数，带入式(1)中进行迭代，生成为密钥序列。同时，两个初始密钥扩大了密钥空间，进一步保护了密文的安全。

对于不同类型的明文报文，对应的混沌系统的初始密钥不同，并且相应的迭代次数也不同，由此可以得到不同的密钥序列。

在本发明中采用Logistic混沌系统有效提高了密钥的安全性，增大了密钥空间，为密文提供了更强的保护，同时混沌系统能够通过迭代计算快速产生密钥序列，为视频/图像快速加密的同时也减小了对密钥存储、管理的压力。

对于不同类型的明文报文，在混沌系统的基础上生成密钥序列的方法不同。

进一步地，在待加密的明文报文的类型为视频的情况下，该类型对应的目标加密算法是视频加密算法，对视频明文报文进行预处理包括：

将视频进行分帧并按照时间顺序排列得到图像流；

将图像流中的每一帧图像进行R、G、B三通道分离得到R、G、B三通道分别对应的三个图像矩阵；

将三个图像矩阵进行压缩感知测量得到对应的三个压缩矩阵。

当待加密的明文报文为视频时，那么，在根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列之前，对视频明文的预处理操作为，将视频进行分帧处理，并按照时间顺序得到图像流，示例性地，得到图像流为图像a1-图像a1000，由此将这1000帧图像中的每一帧图像均进行R、G、B三通道的分离，进而得到了R、G、B三通道分别对应的三个图像矩阵X_R，X_G，X_R，在对这三个图像矩阵压缩感知测量后，得到的三个压缩矩阵Y_R，Y_G，Y_R，由此将每一帧图像进行了压缩，相比于压缩之前，有效减少了视频明文的数据量，从而提高了后续加密算法的运行效率。

进一步地，根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括：

根据预设的基础迭代次数以及初始密钥对混沌系统执行迭代操作；

针对每个压缩矩阵，根据该压缩矩阵的矩阵行数以及矩阵列数确定第一迭代次数，并根据第一迭代次数再次对混沌系统执行迭代操作以得到混沌序列，并对混沌序列按照大小进行排序，以得到该压缩矩阵对应的密钥序列。

在对视频明文加密的过程中，在生成密钥序列的过程中，针对于每个压缩矩阵分别生成相应的密钥，首先，根据初始密钥将混沌系统迭代基础迭代次数，避免混沌序列的周期性，示例性地，基础迭代次数可以为1000次；然后，再迭代第一迭代次数，其中第一迭代次数是根据每一个压缩矩阵的矩阵行数以及矩阵列数确定的，示例性地，第一迭代次数为N×M×3，其中N为压缩矩阵对应的矩阵行数，M为压缩矩阵对应的矩阵列数，由此确定每一帧图像的压缩矩阵Y_R，Y_G，Y_R对应的三个第一迭代次数；最后，将根据每个压缩矩阵对应的第一迭代次数再次对混沌系统执行迭代操作以得到混沌序列，并对混沌序列按照大小进行排序得到索引序列，将索引序列作为该压缩矩阵对应的密钥序列，由此可以分别得到三个压缩矩阵Y_R，Y_G，Y_R对应的三个密钥序列，进而可以确定图像流中每一帧图像的三个压缩矩阵对应的三个密钥序列。

在本发明中，对于每一帧图像的压缩矩阵通过混沌系统确定相应的密钥序列，实现了混沌置乱，具有更好的加密效果，进一步加强了视频明文传输的安全性。

进一步地，根据目标加密算法以及密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文包括：

针对每个压缩矩阵，将该压缩矩阵的元素按照该压缩矩阵所对应的密钥序列的索引值进行替换操作以得到对应的密文；

将每一帧对应的三个压缩矩阵对应的密文进行三通道合并以得到对应的密文图像；

对所有密文图像按照时间序列进行排序以得到密文图像流，并根据密文图像流得到对应的密文视频，并将密文视频作为密文报文。

在确定每个压缩矩阵对应的密钥序列之后，对视频明文加密的具体过程为：将每个压缩矩阵的元素按照其所对应的密钥序列的索引值进行替换操作以得到每个压缩矩阵的密文，示例性地，对于R、G、B三个通道对应的压缩矩阵Y_R，Y_G，Y_R而言，先将压缩矩阵对应的二维数组按照行的顺序重新排列成为一维数组，再按照密钥序列的索引值进行一维数据上的数值的置换，比如，若一维数组上的位置1对应的索引值为100，那么，将位置1对应的数值与位置100对应的数值进行置换，从而打乱了压缩矩阵上的元素的排序，进而扰乱了原始图像上的像素的排序，生成了密文，具体公式如下所示，式中S表示密文图像，i表示像素位置，P表示一维数组：

S(i)＝P[arg(Logistic(i))]；

其中，Logistic(i)标识混沌序列的值，arg(Logistic(i))表示索引位置。

在得到上述密文之后，对于每一帧图像对应的三个压缩矩阵的密文进行三通道合并，对所有密文图像按照时间序列进行排序以得到密文图像流，并根据密文图像流得到对应的密文视频，并将密文视频作为密文报文，将密文报文传输至接收端，接收端解密过程为上述视频加过方法的反向流程，图像压缩感知重构算法采用匹配追踪算法进行重构。

本发明在对视频明文加密的过程中，通过采用混沌系统产生的密钥不仅能够加强密文的安全性，由于混沌系统能够快速产生大量密钥序列，能够快速的对视频/加密，弥补采用高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)加密时间长的缺点，同时，减少了密钥的储存与管理的压力。进一步地，本发明在对视频明文加密的过程中将视频明文拆解为图像流，并且对图像流加密的过程中，先将每一帧图像进行R、G、B三通道分离而后压缩感知测量得到每一帧图像对应的压缩矩阵，相比于压缩之前，数据量明显降低，并且在采用混沌系统对压缩矩阵加密时，将压缩矩阵对应的元素替换为混沌系统生成的针对于每一个压缩矩阵的密钥序列的索引值，具有置乱加密的算法具有更高的安全性，由于数据量较小，加快了解密时间，从而使得接收端能够更快得到相应的视频明文，因此，本发明在为密文提供更强保护的同时还能减小了对密钥存储、管理的压力。

进一步地，将三个图像矩阵进行压缩感知测量得到对应的压缩矩阵包括：

针对每个图像矩阵，按照下式执行运算：

Y＝DX；

其中，D为N×M维的测量矩阵，测量矩阵由离散余弦变换和随机高斯矩阵构成，X为M×M维的图像矩阵，Y为该图像矩阵对应的压缩矩阵。

对于每一帧图像对应的三个图像矩阵，X_R，X_G，X_R，均为N×N维的，其中测量矩阵为D为M×N维的，其中N远小于M并且是由压缩率决定的，测量矩阵是由离散余弦变换和随机高斯矩阵构成，由此，将三个图像矩阵进行压缩得到压缩矩阵Y_R，Y_G，Y_R。

需要说明的是，以上阐述了对于视频报文的加密的过程，对于图像报文而言，与视频报文加密过程不同的是无需对图像进行分帧处理从而得到图像流，在视频报文加密的后续过程均可以应用于对图像报文的加密。

进一步地，在待加密的明文报文的类型为文本的情况下，该类型对应的目标加密算法是文本加密算法；

获取待加密的明文报文并对明文报文进行预处理，以及根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括：

将文本按照预设的分块顺序以及预设的分块大小划分为明文块；

根据预设的基础迭代次数以及初始密钥对混沌系统执行迭代操作；

根据预设的分块大小确定第二迭代次数，并根据第二迭代次数再次对混沌系统执行迭代操作以得到目标序列，并对目标序列执行预设的运算以得到该文本对应的密钥序列。

对于文本报文，在加密之前的预处理过程为将文本明文按照预设的分块顺序以及预设的分块大小划分为明文块，示例性地，预设的分块顺序可以为按照文本明文的文本类型，预设的分块大小可以为128bits。

对于文本报文，采用的加密算法为文本加密算法，文本加密算法在采用混沌系统生成密钥序列时，先将初始密钥在混沌系统中迭代基础迭代次数，再将混沌系统迭代第二迭代次数得到目标序列，其中第二迭代次数是根据预设的分块大小确定的，示例性地，第二迭代次数等于预设的分块大小对应的数值，若预设的分块大小可以为128bits，那么第二迭代次数为128次，最后，将目标序列执行预设的运算得到密钥序列，示例性地，预设的运算可以为(z_n*1000)mod255，z_n为目标序列对应的序列值。

进一步地，根据目标加密算法以及密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文包括：

根据密钥序列对每个明文块进行预设加密次数的高级加密运算得到加密报文块；

将全部加密报文块按照预设的分块顺序合成为密文报文。

在文本加密算法具体加密的过程中，根据密钥序列对每个明文块进行预设加密次数的高级加密运算得到加密报文块，示例性地，预设的分块大小为128bits，将明文块依次输入加密模块，示例性地，若高级加密运算采用的是AES，那么预设加密次数通常为10轮，即进行10轮AES-128加密运算，得到对应的加密报文块，最后将全部加密报文块按照预设的分块顺序合成为密文报文，具体的，采用AED加密的过程为轮密钥加变换、S盒变换、行位移变化，列混淆变化四个步骤，AES加密算法是一种规范性加密算法，具体详细过程不再赘述。

进一步地，发送端为飞行器。

更进一步地，将密文报文发送至接收端包括：

通过航空机场场面移动通信链路将密文报文传输至接收端。

示例性地，本发明中的发送端为飞行器系统，接收端为与飞行器进行数据交互的接收系统，对于飞行器系统中的明文报文以及视频/图像报文加解密通信流程图如图2所示，主要包括明文获取S201、密钥生成S202、加密计算S203、无线传输S204、解密解压S205五个部分。

对于S201明文获取：明文分为文本报文与视频/图像报文两种，当报文为视频报文时，由摄像头获取视频并将视频转化为图像流作为报文进行传输，报文必须按照航空专用标准生成。

对于S202密钥生成：飞行器系统与接收系统事先约定初始密钥，并基于Logistic混沌系统生成密钥序列，用于后续加密/解密。Logistic混沌系统有效提高了密钥的安全性，增大了密钥空间，为密文提供了更强的保护，同时混沌系统能够通过迭代计算快速产生密钥序列，为视频/图像快速加密的同时也减小了对密钥存储、管理的压力。

对于S203压缩加密：使用加密算法将明文报文加密成具有不可阅读性的密文，其中，加密涉及图像/视频压缩加密和文本报文加密两种方法：当需要发送的报文为文本报文时采用高级加密标准加密算法(AES)；当需要发送的报文为图像/视频报文时采用“压缩感知+图像置乱”的加密方法，确保大量数据流的安全性和加密时效性，同时可进一步降低传输信息的带宽需求。

对于S204无线传输：通过AeroMACS(Aeronautical Mobile AirportCommunications System，新型机场航空移动通信系统)无线宽带通信信道，将密文传输至接收端，在AeroMACS链路中会进一步基于IEEE802.16-2009标准对传输信息进行加密，确保传输网络及数据流的安全。

对于S205解密解压：使用与加密算法想反的解密算法将密文解密成明文。其中，解密涉及图像/视频报文解密和文本报文解密两种方法。当收到的报文为图像/视频报文时，采用“图像置乱恢复+图像稀疏恢复”的解密方法；当收到的报文为文本报文时采用高级加密标准对应的解密算法。解密得到的结果通过解密解析，文本报文输出明文报文，而视频/图像报文，则通过图像流解析为明文视频/图像。

在上述过程中，通过使用混沌系统作为密钥生成函数，有效提高了密钥的安全性增大了密钥空间，在为密文提供更强保护的同时还能减小了对密钥存储、管理的压力。同时，对于视频/图像加密过程结合压缩感知及置乱的加密算法，能够有效减少数据量、加快加解密时间，提升了系统数据传输速度，使用本发明的设计方法可以提升数据加密速度，在确保安全性的前提下，提升AeroMAC数据链数据交互的速度，优化飞机与地面的信息交互方式，改善空管效率。

对于不同类型的明文报文，飞行器系统加密过程是不同的，示例性地，如图3所示，该方法适用于图像/视频报文压缩加密，具体包括以下步骤：

步骤301：将飞行器系统的摄像头采集到的视频进行分帧，生成按时间顺序排列的图像流。

步骤302：将输入得到的彩色图像进行R、G、B三通道的分离，得到三个矩阵，并行输入后续算法进行计算。

步骤303：将R、G、B三个通过矩阵进行压缩感知测量，测量公式如下：

Y＝DX；

其中，D为M×N维的测量矩阵，测量矩阵由离散余弦变换和随机高斯矩阵构成，X为N×N维的图像矩阵，Y为该图像矩阵对应的压缩矩阵，通过压缩感知测量，视频明文数据量得到了有效的减少，利于后续加密算法运算以及提高信道传输速率。

步骤304，将初始密钥在混沌系统中迭代得到密钥序列，具体的，先迭代1000次混沌系统，避免混沌序列的周期性；然后再迭代N×M×3次，生成的混沌序列按照大小进行排序，将返回的索引序列作为密钥序列。其中，N和M为S304的结果，即R、G、B分量经过压缩后的矩阵行、列数。

步骤305：将步骤303输出每一帧图像对应的R、G、B的压缩矩阵，按照密钥序列的索引值进行置换，生成密文。

步骤306：将每一帧对应的R、G、B压缩矩阵对应的密文进行三通道合并以得到对应的密文图像。

步骤307：对所有密文图像按照时间序列进行排序以得到密文图像流，并根据密文图像流得到对应的密文视频，并将密文视频作为密文报文。

接收系统在接收到视频/图像对应的密文报文后，解密过程为加密的反向流程，图像压缩感知重构算法采用匹配追踪算法进行重构。

通过采用混沌系统产生的密钥序列不仅能够加强密文的安全性，由于混沌系统能够快速产生大量密钥序列，能够快速的对视频/加密，弥补高级加密标准加密算法加密时间长的缺点，同时，减少了密钥的储存与管理的压力。

如图4所示，该方法适用于文本报文加密，具体包括以下步骤：

步骤401：将输入的文本报文，以128bits大小分块依次送入加密模块。

步骤402：利用Logistic混沌系统为密钥生成函数，用于生成密钥序列，主要过程包括：先迭代1000次混沌系统，避免混沌序列的周期性；再迭代128次得到目标序列，对目标序列的序列值进行(z_n*1000)mod255，z_n为目标序列对应的序列值，最后得到的结果作为密钥序列。

步骤403：将步骤401的明文块依次输入加密模块，进行10轮AES-128加密运算。由于混沌系统对初值有很强的敏感性，故其密钥安全性较高，能够很好的保护密文不被破解。

步骤404：加密结果最后依次输出，按块顺序组合成密文报文即可进行传输。

在本发明中，对于文本密钥按照高级加密标准加密，并且采用混沌系统生成密钥序列，一方面，加密时间较短，另一方面，加密后的文本密文的安全性较高。

如图5所示，本发明还提供了一种报文加密传输方法，该方法包括：

S501、发送端获取待加密的明文报文并对所述明文报文进行预处理，以及根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列；

S502、发送端根据待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据所述目标加密算法以及所述密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文，以将所述密文报文发送至接收端；

S503、接收端基于与目标加密算法相对应的解密算法解密所述密文报文以得到明文报文。

在一个实施例中，根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括：

发送端根据待加密的明文报文的类型以及初始密钥执行对应的基于预设的混沌系统的密钥序列生成操作，以生成密钥序列。

在一个实施例中，在待加密的明文报文的类型为视频的情况下，该类型对应的目标加密算法是视频加密算法，发送端获取待加密的明文报文并对所述明文报文进行预处理包括：

将视频进行分帧并按照时间顺序排列得到图像流；

将图像流中的每一帧图像进行R、G、B三通道分离得到R、G、B三通道分别对应的三个图像矩阵；

将三个图像矩阵进行压缩感知测量得到对应的三个压缩矩阵。

在一个实施例中，根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括：

发送端根据预设的基础迭代次数以及初始密钥对混沌系统执行迭代操作；

针对每个压缩矩阵，根据该压缩矩阵的矩阵行数以及矩阵列数确定第一迭代次数，并根据第一迭代次数再次对混沌系统执行迭代操作以得到混沌序列，并对混沌序列按照大小进行排序，以得到该压缩矩阵对应的密钥序列。

在一个实施例中，根据目标加密算法以及密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文还包括：

发送端针对每个压缩矩阵，将该压缩矩阵的元素按照该压缩矩阵所对应的密钥序列的索引值进行替换操作以得到对应的密文；

将每一帧对应的三个压缩矩阵对应的密文进行三通道合并以得到对应的密文图像；

对所有密文图像按照时间序列进行排序以得到密文图像流，并根据密文图像流得到对应的密文视频，并将密文视频作为密文报文。

在一个实施例中，将三个图像矩阵进行压缩感知测量得到对应的压缩矩阵包括：

针对每个图像矩阵，按照下式执行运算：

Y＝DX；

其中，D为N×M维的测量矩阵，测量矩阵由离散余弦变换和随机高斯矩阵构成，X为M×M维的图像矩阵，Y为该图像矩阵对应的压缩矩阵。

在一个实施例中，发送端采用图像置乱的方法对视频/图像报文加密成视频/图像报文密文，并发送至接收端；

接收端在接收到视频/图像报文密文后，将视频/图像报文密文进行置乱恢复后，进行图像重构计算，从而得到视频/图像报文。

如图6所示，本发明中对于视频/图像报文的接收端，采用的是“图像置乱恢复+图像重构”，图像压缩感知重构算法采用正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit，OMP)算法进行重构，其主要过程如下：

步骤601：初始化算法，设置迭代次数t＝1，残差rt＝y，支撑集索引Λ为空集。

步骤602：计算残差rt与观测矩阵的列向量φ_j，内积中最大值所对应的索引，即：

步骤603：更新索引集Λ，使Λ_t＝Λ_t-1∪{λ_t}，更新原子集Φ_t＝[Φ_t-1,φ_λt]，将内积最大值所对应观测矩阵列向量φ_λt计入原子集；

步骤604：运用最小二乘法计算

使残差最小，

步骤605：更新残差

步骤606：判断停止条件(t<k)，如果不成立则执行步骤S52，若成立，则输出

在一个实施例中，在所述待加密的明文报文的类型为文本的情况下，该类型对应的目标加密算法是文本加密算法；

发送端获取待加密的明文报文并对所述明文报文进行预处理，以及根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括：

将文本按照预设的分块顺序以及预设的分块大小划分为明文块；

根据预设的基础迭代次数以及初始密钥对混沌系统执行迭代操作；

根据预设的分块大小确定第二迭代次数，并根据第二迭代次数再次对混沌系统执行迭代操作以得到目标序列，并对目标序列执行预设的运算以得到该文本对应的密钥序列。

在一个实施例中，发送端根据待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据所述目标加密算法以及所述密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文包括：

根据密钥序列对每个明文块进行预设加密次数的高级加密运算得到加密报文块；

将全部加密报文块按照预设的分块顺序合成为所述密文报文。

在一个实施例中，发送端为飞行器系统。

在一个实施例中，将密文报文发送至接收端包括：

通过航空机场场面移动通信链路将密文报文传输至所述接收端。

如图7所示，本发明一种报文加密传输装置，该装置包括：

密钥模块701，用于获取待加密的明文报文并对所述明文报文进行预处理，以及根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列；

加密模块702，用于根据待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据目标加密算法以及密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文；

发送模块703，用于将密文报文发送至接收端，以使接收端基于与目标加密算法相对应的解密算法解密密文报文以得到所述明文报文。

在一个实施例中，密钥模块701还用于根据待加密的明文报文的类型以及初始密钥执行对应的基于预设的混沌系统的密钥序列生成操作，以生成密钥序列。

在一个实施例中，在待加密的明文报文的类型为视频的情况下，该类型对应的目标加密算法是视频加密算法；

密钥模块701还包括第一预处理单元，用于将视频进行分帧并按照时间顺序排列得到图像流；将图像流中的每一帧图像进行R、G、B三通道分离得到R、G、B三通道分别对应的三个图像矩阵；将三个图像矩阵进行压缩感知测量得到对应的三个压缩矩阵。

在一个实施例中，密钥模块701还包括第一密钥单元，用于根据预设的基础迭代次数以及初始密钥对混沌系统执行迭代操作；针对每个压缩矩阵，根据该压缩矩阵的矩阵行数以及矩阵列数确定第一迭代次数，并根据第一迭代次数再次对混沌系统执行迭代操作以得到混沌序列，并对混沌序列按照大小进行排序，以得到该压缩矩阵对应的所述密钥序列。

在一个实施例中，加密模块702还用于针对每个压缩矩阵，将该压缩矩阵的元素按照该压缩矩阵所对应的密钥序列的索引值进行替换操作以得到对应的密文；将每一帧对应的三个所述压缩矩阵对应的密文进行三通道合并以得到对应的密文图像；对所有密文图像按照时间序列进行排序以得到密文图像流，并根据密文图像流得到对应的密文视频，并将密文视频作为密文报文。

在一个实施例中，第一密钥单元还用于针对每个图像矩阵，按照下式执行运算：

Y＝DX；

其中，D为N×M维的测量矩阵，测量矩阵由离散余弦变换和随机高斯矩阵构成，X为M×M维的图像矩阵，Y为该图像矩阵对应的压缩矩阵。

在一个实施例中，在待加密的明文报文的类型为文本的情况下，该类型对应的目标加密算法是文本加密算法；

密钥模块701还包括第二预处理单元，用于将文本按照预设的分块顺序以及预设的分块大小划分为明文块；

第二密钥单元，用于根据预设的基础迭代次数以及初始密钥对所述混沌系统执行迭代操作；根据预设的分块大小确定第二迭代次数，并根据第二迭代次数再次对混沌系统执行迭代操作以得到目标序列，并对目标序列执行预设的运算以得到该文本对应的密钥序列。

在一个实施例中，加密模块702还用于根据密钥序列对每个明文块进行预设加密次数的高级加密运算得到加密报文块；将全部加密报文块按照预设的分块顺序合成为密文报文。

在一个实施例中，发送端为飞行器系统。

在一个实施例中，发送模块703还用于通过航空机场场面移动通信链路将密文报文传输至所述接收端。

本发明还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有多条指令，指令适于由处理器加载以执行如前所述的应用于发送端中的报文加密传输方法。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种报文加密传输方法，其特征在于，应用于发送端，所述方法包括：

获取待加密的明文报文并对所述明文报文进行预处理，以及根据所述待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列；

根据所述待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据所述目标加密算法以及所述密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文；

将所述密文报文发送至接收端，以使所述接收端基于与所述目标加密算法相对应的解密算法解密所述密文报文以得到所述明文报文。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括:

根据所述待加密的明文报文的类型以及所述初始密钥执行对应的基于预设的混沌系统的密钥序列生成操作，以生成所述密钥序列。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

在所述待加密的明文报文的类型为视频的情况下，该类型对应的目标加密算法是视频加密算法，对所述视频明文报文进行预处理包括：

将所述视频进行分帧并按照时间顺序排列得到图像流；

将所述图像流中的每一帧图像进行R、G、B三通道分离得到R、G、B三通道分别对应的三个图像矩阵；

将所述三个图像矩阵进行压缩感知测量得到对应的三个压缩矩阵。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括：

根据预设的基础迭代次数以及所述初始密钥对所述混沌系统执行迭代操作；

针对每个所述压缩矩阵，根据该压缩矩阵的矩阵行数以及矩阵列数确定第一迭代次数，并根据所述第一迭代次数再次对所述混沌系统执行迭代操作以得到混沌序列，并对所述混沌序列按照大小进行排序，以得到该压缩矩阵对应的所述密钥序列。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据目标加密算法以及密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文包括：

针对每个所述压缩矩阵，将该压缩矩阵的元素按照该压缩矩阵所对应的密钥序列的索引值进行替换操作以得到对应的密文；

将每一帧对应的三个所述压缩矩阵对应的密文进行三通道合并以得到对应的密文图像；

对所有密文图像按照时间序列进行排序以得到密文图像流，并根据所述密文图像流得到对应的密文视频，并将所述密文视频作为所述密文报文。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述三个图像矩阵进行压缩感知测量得到对应的压缩矩阵包括：

针对每个图像矩阵，按照下式执行运算：

Y＝DX；

其中，D为N×M维的测量矩阵，所述测量矩阵由离散余弦变换和随机高斯矩阵构成，X为M×M维的图像矩阵，Y为该图像矩阵对应的压缩矩阵。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述待加密的明文报文的类型为文本的情况下，该类型对应的目标加密算法是文本加密算法；

所述获取待加密的明文报文并对明文报文进行预处理，以及所述根据待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列包括：

将所述文本按照预设的分块顺序以及预设的分块大小划分为明文块；

根据预设的基础迭代次数以及所述初始密钥对所述混沌系统执行迭代操作；

根据所述预设的分块大小确定第二迭代次数，并根据所述第二迭代次数再次对所述混沌系统执行迭代操作以得到目标序列，并对所述目标序列执行预设的运算以得到该文本对应的所述密钥序列。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据目标加密算法以及密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文包括：

根据所述密钥序列对每个明文块进行预设加密次数的高级加密运算得到加密报文块；

将全部所述加密报文块按照所述预设的分块顺序合成为所述密文报文。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送端为飞行器系统。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将所述密文报文发送至接收端包括：

通过航空机场场面移动通信链路将所述密文报文传输至所述接收端。

11.一种报文加密传输方法，其特征在于，所述方法包括：

发送端获取待加密的明文报文并对所述明文报文进行预处理，以及根据所述待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列；

所述发送端根据所述待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据所述目标加密算法以及所述密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文，以将所述密文报文发送至接收端；

所述接收端基于与所述目标加密算法相对应的解密算法解密所述密文报文以得到所述明文报文。

12.一种报文加密传输装置，其特征在于，所述装置包括：

密钥模块，用于获取待加密的明文报文并对所述明文报文进行预处理，以及根据所述待加密的明文报文的类型以及预设的初始密钥生成密钥序列；

加密模块，用于根据所述待加密的明文报文的类型确定对应的目标加密算法，并根据所述目标加密算法以及所述密钥序列对经预处理后的明文报文进行加密以生成密文报文；

发送模块，用于将所述密文报文发送至接收端，以使所述接收端基于与所述目标加密算法相对应的解密算法解密所述密文报文以得到所述明文报文。

13.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载以执行如权利要求1至10任一项所述的方法。

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