Page 223 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 刘俊凯等： 隐蔽通信中基于水声信道的密钥生成技术 683

性调频 (Linear frequency modulation, LFM) 同步 1.2.3 敏感性与稳定性优化
头脉冲压缩数据，取此数据段内最大值，循环此操作 如果经过M 次信息传输过程，收发两端密钥未
直至相关数据结束。接着依据峰值左右二分之一时 能正确匹配，则增大幅度分级冗余量 L A 和时延分
间间隔内只存在唯一一个峰值，因而只保留最大值 级冗余量 L T 。通过调整以上两个控制量提高密钥
的原则，对上面处理后的数据进行虚假点剔除，从而 生成算法的稳定性。
得到估计的信道脉冲响应。再通过设定有效多途幅 加密采用 DES 算法，使用 64 位密钥 (其中，包
值门限来保证有效多途的抗噪声性能。最终通过预 含 8 位奇偶校验，实际长度为 56 位) 对以 64 位为单
设有效多途数量来确定多途数量。 位的块数据加密，产生 64 位密文数据，然后使用相
估计出水声信道脉冲函数以后，依据水声信道 同的密钥进行解密。
多途时延和幅值(归一化处理)来产生密钥，公式为
2 基于DCT的信息隐藏技术
A = A i /A max /L A , (1)
′
i
其中，A 为经过处理的第 i 条多途幅值，A i 为未经 根据人眼的视觉模型将重要信息有选择地分
′
i
过处理的第 i 条多途幅值，A max 为信道多途幅值最 布到覆盖信号的变换域中，实现重要信息的隐藏。
大值，L A 为幅度分级冗余量。 在变换域算法中，DCT 是最佳的变换，它能够很好
地集中信息，并反映出人眼对视觉频率的敏感度影
′
T = T i /T max /L T , (2)
i
响。故以上方法能够较有效地降低窃听人员对嵌入
其中，T 为经过处理的第i条多途时延值，T i 为未经 信息图片的识别率。
′
i
过处理的第 i 条多途时延值，T max 为信道多途时延
2.1 DCT变换原理
最大值，L T 为时延分级冗余量。
一个M × N 矩阵A的二维DCT定义为
1.2.2 码字映射规则 M−1 N−1
∑ ∑ π(2m + 1)p
表 1 为水声信道多途幅值大小与密钥的对应 B pq = a p a q A m cos
m=0 n=0 2M
关系。
π(2n + 1)q
表 2 为水声信道多途时延大小与密钥的对应 · cos , (3)
2N
关系。 其中，a p 和 a q 是与 M、N 有关的系数，满足如下
关系：
表 1 水声信道多途幅值大小与密钥的对应关系
1


Table 1 The corresponding relation be- √ M , p = 0,

tween multipath amplitude of underwater a p = √
 2
acoustic channel and keys  , 1 6 p 6 M − 1,

M
幅值 (0,0.1] (0.1,0.2] (0.2,0.3] · · · (0.8,0.9] (0.9,1]  1
√ , q = 0,

 N
密钥 1 2 3 · · · 9 1 a q = √ (4)
 2

 , 1 6 q 6 N − 1.
表 2 水声信道多途时延大小与密钥的对应关系 N
Table 2 The corresponding relation 为了分块 DCT 的需要，引入了 DCT 变换矩阵
between multipath delay of underwater 的概念。M × M 变换矩阵T 为
acoustic channel and keys  p = 0,
 1
 ,
√

 M 0 6 q 6 M − 1,
时延 (0,0.1] (0.1,0.2] (0.2,0.3] [0.3,0.4] (0.4,0.5] (0.5,0.6] T = √
 2 π(2q + 1)p 1 6 p 6 M − 1,

 cos
密钥 a b c d e f  ,

M 2M 0 6 q 6 M − 1.
表1、表 2中密钥为十六进制表示形式。若通过 (5)
水声信道生成的密钥长度不符合加密算法，则对其 对于 M × N 矩阵 A，T × A 是一个 M × N 的
缺少的密钥位数进行预设密码相应位填充。 矩阵，该矩阵的列包含矩阵 A列的一维DCT。矩阵