一种基于量子随机数的多载波安全传输方法

1.一种基于量子随机数的多载波安全传输方法，其特征在于：包括：步骤S1：在发送端，利用基于宽带光源ASE的量子随机数生成器QRNG生成原始数据，对所述原始数据进行量化得到量化比特，并将所述量化比特发送到发射端的数据库；步骤S2：通过所述发射端的数据库对所述量化比特进一步处理，生成量子随机数QRN；步骤S3：在所述发射端的数据库中随机选择未用于加密的量子随机数QRN，并对待发送信号在UFMC调制过程中通过所述未用于加密的量子随机数QRN加密，得到加密后的UFMC信号；所述步骤S3中在所述发射端的数据库中随机选择未用于加密的量子随机数QRN，并对待发送信号进行UFMC调制与加密，方法包括：通过未用于加密的量子随机数QRN实现对待发送信号在UFMC调制过程中在星座、子载波、子带、符号维度进行加密，具体为：在发射端的数据库中提取未用于加密的量子随机数QRN并转换为每A位的十进制序列y，序列y的范围从0到2 A -1；再将序列y划分为若干长度相等的子序列，若干长度相等的子序列构成关于序列y的矩阵；基于序列y的矩阵的基础上，设置y C 、y Sc 、y Sb 、y Sym 分别为星座、子载波、子带、符号维度上对待发送信号进行加密的矩阵；通过y C 、y Sc 、y Sb 、y Sym 生成加密矩阵，实现对待发送信号的加密；步骤S4：将所述加密后的UFMC信号和所述量化比特通过光网络向接收端传输；步骤S5：在接收端，将接收到的量化比特送入接收端的数据库并进一步处理以生成和接收端的数据库相同的量子随机数QRN，并提取对应的量子随机数QRN对接收到的加密后的UFMC信号进行解调。 2.根据权利要求1所述的基于量子随机数的多载波安全传输方法，其特征在于：所述步骤S2中通过所述发射端的数据库对所述量化比特进一步处理，生成量子随机数QRN，方法包括：对于量化比特，将每n个比特的数据流放入发射端的数据库中，通过哈希算法SHA-512计算其SHA-512值，得到一个十六进制字符串，将所述十六进制字符串赋值：对0到7的赋值为0，对其他赋值为1，以生成量子随机数QRN。 3.根据权利要求1所述的基于量子随机数的多载波安全传输方法，其特征在于：矩阵y C ＝[y C(1) ；y C(2) ；…；y C(k) ；…；y C(K) ]是星座维度上用于加密UFMC信号的基于QRN的矩阵，其中，y C(k) 是长度为B×M的第k个UFMC符号的星座掩蔽序列，B为频带数量，M为每个频带中的子载波数量；则第k个UFMC符号的第i个星座点星座相位θ i (k) 的掩蔽因子表示为：其中，i∈[0,B×M]；则掩模星座点C’ (k) ，相位旋转θ (k) ，表示为：C' (k) ＝C (k) ·exp(jθ (k) )。 4.根据权利要求3所述的基于量子随机数的多载波安全传输方法，其特征在于：矩阵y Sc ＝[y 1 Sc ；y 2 Sc ；…,y k Sc ；…；y K Sc ]是在子载波维度上用于加密UFMC信号的基于QRN的矩阵，其中，y k Sc 是长度为B×M的第k个UFMC符号的子载波掩蔽序列，B为频带数量，M为每个频带中的子载波数量；则第k个UFMC符号的子载波掩蔽矩阵P Sc(k) 为：P Sc(k) ＝Mat{sort[y Sc(k) ] T ×reciproc[y Sc(k) ]}其中，k的取值范围为1～K，sort[]表示对行序列进行排序的操作；[] T 为转置运算；reciproc[]为计算矩阵各元素倒数的运算；Mat{}是将矩阵中不为1的元素归零的操作。 5.根据权利要求4所述的基于量子随机数的多载波安全传输方法，其特征在于：矩阵y Sb ＝[y Sb(1) ；y Sb(2) ；…,y Sb(k) ；…；y Sb(K) ]是在子带维度上用于加密UFMC信号的基于QRN的矩阵，其中，y Sb(k) 是长度为B的频带掩蔽序列；则第k个UFMC符号的子带掩蔽矩阵P Sb(k) 为：P Sb(k) ＝Mat{sort[y Sb(k) ] T ×reciproc[y Sb(k) ]}其中，k的取值范围为1～K，sort[]表示对行序列进行排序的操作；[] T 为转置运算；reciproc[]为计算矩阵各元素倒数的运算；Mat{}是将矩阵中不为1的元素归零的操作。 6.根据权利要求5所述的基于量子随机数的多载波安全传输方法，其特征在于：矩阵y Sym ＝[y 1 Sym ,y 2 Sym ,…,y k Sym ,…,y K Sym ]是用于在符号维上用于加密UFMC信号的基于QRN的矩阵；则符号掩蔽矩阵P Sym 表示为：P Sym ＝Mat{sort[y Sym ] T ×reciproc[y Sym ]}其中，sort[]表示对行序列进行排序的操作；[] T 为转置运算；reciproc[]为计算矩阵各元素倒数的运算；Mat{}是将矩阵中不为1的元素归零的操作。 7.根据权利要求6所述的基于量子随机数的多载波安全传输方法，其特征在于：经过星座、子载波、子带、符号维度上加密的信号x'在时域上表示为：其中，f b 表示滤波器的脉冲响应， 为卷积，IFFT表示逆傅里叶变换。 8.根据权利要求1所述的基于量子随机数的多载波安全传输方法，其特征在于：所述步骤S3中在所述发射端的数据库中随机选择未用于加密的量子随机数QRN，并对待发送信号在UFMC调制过程中通过所述未用于加密的量子随机数QRN加密，方法还包括：在发射端的数据库中提取未用于加密的量子随机数QRN实现对待发送信号在UFMC调制过程中在相位维度进行加密，具体为：利用SLM算法抑制加密后UFMC信号的PAPR，将相位因子个数设为b，相位因子的归一化为1；因此相位写为 其中，j为单位虚数；将二进制QRN的每b位转换为十进制数，生成的十进制数列为ψ，其值从0到2 b -1不等，其中ψ＝[ψ 1 ；ψ 2 ；ψ s ；…；ψ S ]，ψ s 为ψ的子序列，s的范围位1～S；相位掩蔽序列Q为：将经过星座、子载波、子带、符号维度上加密的频域UFMC信号X乘相位掩蔽序列Q，得到一组信号：将组内所有信号X 1 ,X 2 ,...X S 逆傅里叶变换至时域，并计算其峰均功率比PAPR：取峰均功率比PAPR最小的信号x s* 的索引s*对应于序列ψ s* ；因此相位加密后的待传输信号x s* 为： 9.根据权利要求8所述的基于量子随机数的多载波安全传输方法，其特征在于：所述通过未用于加密的量子随机数QRN实现对待发送信号在星座、子载波、子带、符号、相位进行加密时，还包括设置用于定位量子随机数QRN的索引：分别计算所使用的加密序列y和序列ψ s* 的SHA-256值，并将对应的SHA-256值作为对应量子随机数QRN的索引，将索引SHA-256值存储于序列y和序列ψ s* 的首部，在得到加密后的UFMC信号，则提取序列y和序列ψ s* 对应的索引SHA-256值，并将对应的索引SHA-256值与加密后的UFMC信号一起传输至接收端，在接收端通过索引SHA-256值对加密后的UFMC信号进行准确定位。