现代通信原理第六章通信加密
现代交换原理第4版第6章分组交换技术
在网络上提供数据报和虚电路服务的思路来源
在网络上提供数据报和虚电路这两种服务的思路来源不同。 虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网将其中的用
在这种转送方式中，信息被组织成固 定长度的信元在网络中传输和交换
异步的的含义是来自一个特定用户的 信息的信元不需要周期性地出现。
1．信元
在ATM中，信元是信息传输、复用和交换 的基本单位。
每个信元都具有固定的长度，总是53个字 节，5个字节是信头(Header)，48个字节是信息 域(Information field)。
但是，随着因特网的迅速发展，要求因特网不仅要传输数据 信息，还需要传输对时间同步有严格要求的话音业务和视频业务， 这些业务对网络的服务质量有很高的要求，为了满足这些业务的 要求，在因特网上又出现了将无连接技术和面向连接技术紧密结 合的多协议标签交换MPLS。
6-2计算机网络协议结构
一．分层协议概念
户终端设置得非常简单，由电信网完成保证可靠通信的一切措施， 因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。
数据报服务使用另一种完全不同的新思路。它力求使网络生存 性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大 努力的服务。但这种网络要求使用较复杂且有相当智能的主机作 为用户终端。可靠通信由用户终端中的软件来保证。
6-1分组交换的基本原理
分组的概念
分组交换采用存储转发技术。在分组交换中，将欲需要发 送的整块数据称为一个报文。在发送报文之前，先将较长的报 文划分成为较小的数据段。
(完整版)现代通信原理复习资料整合
现代通信原理教学要求第一章绪论1通信、通信系统的定义；通信：从一地向另一地传递消息（信息或消息的传输和交换）；通信系统：实现消息传递所需的一切技术设备和信道的总和称为通信系统2•通信系统的一般模型及各框图作用；信息源：消息的发源地，把各种消息转换成原始电信号（称为消息信号或基带信号）。
发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。
信道：传输信号的物理媒质。
噪声源：不是人为加入的设备，而是信道中的噪声以及通信系统其它各处噪声的集中表示。
接收设备：功能是放大和反变换（如滤波、译码、解调等），其目的是从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复原始电信号。
受信者（信宿）：传送消息的目的地。
（将原始电信号还原成相应的消息）。
3•基带信号、频带信号、模拟信号、数字信号的含义；基带信号：信息源把各种消息转换成原始电信号的信号。
频带信号（带通信号）：（经过调制以后的信号称为已调信号，特点：携带信息，适合在信道中传输）信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频。
模拟信号（连续信号）：凡信号参量的取值连续（不可数，无穷多），称为模拟信号。
数字信号（离散信号）：凡信号参量只可能取有限个值，称为数字信号。
信源编码与译码：信源编码的作用是提高信息传输的有效性，完成模/数（A/D）转换；信源译码是信源编码的逆过程。
信道编码与译码：数字信号在信道传输时会因为各种原因产生差错，为了减少差错则在信息码中按照一定的规则加入监督码，组成抗干扰编码，接收端译码器则按照一定规则解码，发现错误或纠正错误，从而提高心态的抗干扰能力（提高可靠性）。
数字调制与解调：数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。
数字解调就是采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。
同步：同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件。
（载波同步、位同步、群同步和网同步）。
数字通信的主要特点：（1）抗干扰能力强而且噪声不累加；（2）差错可控；（3）易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网；（4）易于集成化，从而使通信设备微型化；（5）易于加密处理，且保密强度高。
现代密码学（第二版）重点概念整理
现代密码学（第⼆版）重点概念整理第⼀章1.被动攻击获取消息的真实内容进⾏业务流分析2.主动攻击中断、篡改、伪造3.安全业务1、保密业务：保护数据以防被动攻击。
2、认证业务：⽤于保证通信的真实性。
3、完整性业务：防⽌对消息流的篡改和业务拒绝。
4、不可否认业务：⽤于防⽌通信双⽅中的某⼀⽅对所传输消息的否认。
5、访问控制：访问控制的⽬的是防⽌对⽹络资源的⾮授权访问，控制的实现⽅式是认证，即检查欲访问某⼀资源的⽤户是否具有访问权。
4.安全通信需考虑加密算法⽤于加密的秘密信息秘密信息的分布与共享安全服务所需的协议5.信息安全可分为系统安全、数据安全、内容安全，密码技术是保障数据安全的关键技术。
6.密码体制从原理上分为单钥体制和双钥体制，单钥体制包括对明⽂消息按字符逐位加密的流密码和将明⽂消息分组加密的分组密码。
双钥特点是将加密和解密能⼒分开。
7.密码攻击类型唯密⽂攻击、已知明⽂攻击、选择明⽂攻击、选择密⽂攻击8.加密算法是⽆条件安全的，仅当密钥⾄少和明⽂⼀样长时，才能达到⽆条件安全9.多表代换密码的计算问题，课后习题3、4第⼆章1.流密码的概念：利⽤密钥k产⽣⼀个密钥流z=z0z1…，并使⽤如下规则对明⽂串x=x0x1x2…加密：y=y0y1y2…=Ez0(x0)Ez1(x1)Ez2(x2)…。
密钥流由密钥流发⽣器f产⽣：zi=f(k,σi)，σi:加密器中的记忆元件(存储器)在时刻i的状态，f:由密钥k和σi产⽣的函数。
2.分组密码与流密码的区别: 有⽆记忆性3.密码设计者的最⼤愿望是设计出⼀个滚动密钥⽣成器，使得密钥经其扩展成的密钥流序列具有如下性质：极⼤的周期、良好的统计特性、抗线性分析、抗统计分析4.同步流密码的关键是密钥流产⽣器。
5.如果移位寄存器的反馈函数f(a1,a2,…,an)是a1，a2，…，an的线性函数，则称之为线性反馈移位寄存器LFSR（linear feedback shift register）。
现代通信原理与技术思考题答案【张辉、曹丽娜】
《现代通信原理与技术》简答题第一章1－1、什么是数字信号和模拟信号，两者的区别是什么？凡信号参量的取值连续（不可数，无穷多），则称为模拟信号。
凡信号参量只可能取有限个值，则称为数字信号。
区别：在于信号参量的取值。
1－2、何谓数字通信？简述数字通信系统的主要优缺点。
数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。
优点：①抗干扰能力强，且噪声不积累。
②差错可控。
③易于与各种数字终端接口。
④易于集成化。
⑤易于加密处理。
缺点：占用频带宽，需要同步。
1－3、画出数字通信系统的一般模型，简述各小方框的主要功能。
数字通信系统的一般模型如下图（1）信源编码与译码：数据压缩（减少码元数目和降低码元速率），减小传输带宽，提高通信的有效性。
模/数转换，当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字传输。
（2）信道编码与译码：通过加入监督码元（纠错/检错）提高通信的可靠性。
（3）加密与解密：通过加密保证所传信息的安全性。
（4）数字调制与解调：把数字基带信号转换成适合信道传输的频带信号。
1－4、在数字通信系统中，其可靠性和有效性指的是什么？各有哪些重要指标？有效性——传输速率（传码率、传信率，频带利用率）可靠性——差错率（误码率、误信率）1－5、按信号的流向和时间分类，通信方式有哪些？单工、半双工、全双工。
1－6、何谓码元速率和信息速率？他们之间的关系如何？码元速率（R B）：单位时间内传输码元的数目。
信息速率（R b）：单位时间内传递的平均信息量或比特数。
R b=R B·H(b/s)【信息速率=码元速率×平均信息量】第三章3－1、什么是狭义信道，什么是广义信道？狭义信道：仅是指信号的传输媒质；广义信道：如果信道不仅是传输媒质而且包括通信系统中的一些转换装置。
信道的组成框图：3－2、在广义信道中，什么是调制信道？什么是编码信道？调制信道：调制器的输出端到解调器的输入端所包含的发转换装置、媒质和收转换装置三部分。
现代通信原理概述
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参考材料 移动通信的演进
蜂窝系统中的通信覆盖小区
参考材料 移动通信的演进
标准的演进
1G
2G
2G+
3G (IMT-2000)
NMT-450 NMT-900
AMPS N-AMPS
TACS JTAC ……
GSM
D-AMPS (IS-136)
JDC
GSM/GPRS
CDMA (IS-95)
通信发展简史(3)
▪ 1948年, 香农提出了信息论, 建立了通信统 计理论
▪ 1951年, 直拨长途电话开通 ▪ 1956年, 敷设越洋通信电缆 ▪ 1958年, 发射第一颗通信卫星 ▪ 1962年, 发射第一颗同步通信卫星, 开通国
际卫星电话; 脉冲编码调制进入实用阶段 ▪ 20世纪60年代, 彩色电视问世; 阿波罗宇宙
UTRA (UMTS) UWCC-136
cdma2000
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参考材料 移动通信的演进
IMT-2000
▪ UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access （通用移动通信系 统微波无线电接入） ➢ 由 ETSI（欧洲通信系统协会）提交 ➢ 采用WCDMA（宽带码分多址接入）
参考材料
移动通信的演进
专用术语
▪ GSM - Global System for Mobile Communications 全球移动 通信系统
▪ AMPS - Advanced Mobile Phone System 高级移动电话系统 ▪ N-AMPS - Narrowband AMPS 窄带高级移动电话系统 ▪ D-AMPS - Digital AMPS 数字高级移动电话系统 ▪ TACS - Total Access Communication System 全向通信系统 ▪ JTAC - Japan Total Access Communications 日本全向通信
现代通信原理
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现代通信原理
•例：试求功率信号为周期性信号时的功率谱密度 •解：取截短周期T=NT0
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•周期信号的功率与信号谱 •的关系。
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现代通信原理
•周期信号的功率谱是离散谱。
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现代通信原理
四.自相关函数
•1. 能量信号
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现代通信原理
3rew
演ห้องสมุดไป่ตู้完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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现代通信原理
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现代通信原理
•2.频域：
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现代通信原理
•2.理想低通滤波器
•理想高通滤波器(High-pass Filter,HPF) •理想带通滤波器(Band-pass Filter,BPF) •理想低通滤波器(Low-pass Filter,LPF)
计者们所追求的目标和面临的挑战。
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现代通信原理
单元学习提纲
• （1）离散信源和连续信源的统计描述； • （2）离散信源的信息量、条件信息量、互信
息量和平均信息量（熵）的定义和物理意义； • （3） 连续信源的平均信息量、平均互信息量
的定义和物理意义； • （4） 信息量的单位——比特，比特率与波特
现代通信原理
•2. 功率谱密度
•功率信号：信号在- ∞＜t ＜+ ∞内存在，
通信原理重点知识总结
第一章绪论1、通信的目的：传递消息中所包含的信息。
2、信息：是消息中包含的有效内容3、模拟信号信号的参量取值是连续（不可数、无穷多）的（抽样信号未量化仍为模拟信号）数字信号信号的参量取值是可数的有限的4、按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统；按照传输媒介、通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统5、模拟消息⇔原始电信号（基带信号）；基带信号⇔已调制信号（带通信号）6、数字通信系统模型信源编码与译码目的：①提高信息传输的有效性②完成模/数转换信道编码与译码目的：增强抗干扰能力，提高可靠性基本的数字调控方式有振幅键控（ASK）、频移键控(FSK)、绝对相移键控(PSK)、相对（差分）相移键控(DPSK)按同步的公用不同，分为载波同步、位同步、群（帧）同步、网同步7、数字通信的特点优点①抗干扰能力强，且噪声不积累②传输差错可控③便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储。
（便于将来自不同信源的信号综合到一起传输）④易于集成，使通信设备微型化，重量轻⑤易于加密处理，且保密性好缺点：①需要较大的传输带宽②对同步要求高8、按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统频分复用是用频谱搬移的方法是不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方法使不同的信号占据不同的时间区间；码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同的信号。
9、单工、半双工和全双工通信单工通信：消息只能单方向传输的工作方式半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方10、信息及其度量)(log )(1log x P x P I a a-== P （x ）表示信息发生的概率，I 表信息中所含的信息量 上式中对数的底：若a = 2，信息量的单位称为比特(bit) ，可简记为b 若a = e ，信息量的单位称为奈特(nat)，若a = 10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley) 。
文元美现代通信原理课件1现代通信系统原理绪论
从早期的卫星电视广播到现在的卫星 互联网，卫星通信技术不断升级换代 。
光纤通信技术
光纤通信技术的特点
传输速率高、传输距离远、传输容量大、抗电磁干扰等。
光纤通信技术的发展历程
从单模光纤到多模光纤，再到现在的光子晶体光纤，光纤通信技术 不断升级。
光纤通信技术的应用
广泛应用于互联网、数据中心、云计算等领域，为全球用户提供高 速、稳定的网络服务。
数字移动通信技术的应用
广泛应用于手机、平板电脑、笔记本电脑等移动终端设备，提供语音、数据、图像等多种 业务。
卫星通信技术
卫星通信技术的特点
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
卫星通信技术的应用
覆盖范围广、不受地形限制、可实现 全球通信等。
广泛应用于电视广播、远程教育、远 程医疗等领域，为全球用户提供高质 量的通信服务。
卫星通信技术的发展历程
通信系统的性能指标
传输速率
单位时间内传输的信息量，单位为比 特/秒（bps）。
误码率
传输过程中出现错误的概率，越低越 好。
频谱效率
单位频带内传输的比特率，越高越好 。
抗干扰能力
系统抵抗外部干扰的能力，越高越好 。
02
信号与信道
信号的分类与特性
01
信号的分类
02
确定信号与随机信号
连续信号与离散信号
03
信号的分类与特性
模拟信号与数字信号 信号的特性
幅度、频率和相位特性
信号的分类与特性
能量和功率特性 信号的频域表示和时域表示
信道的分类与模型
信道的分类
1
有线信道和无线信道
2
恒参信道和随参信道
3
信道的分类与模型
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图6.1 密码体系模型
删除插入重演 侵入 密文 信源 加密处理 密钥源 发送部分 （公共信道） 密钥传递 （秘密通道） 解密处理 密钥源 接收部分 信宿 密码破译分析 截收
6.2.2 安全保密
完全保密显然是十分安全的，它是不可破 译的。然而为了确保完全保密，分配密钥量大， 可能引起密钥分配在管理上的麻烦。但当信息 量不大时，这不失为一种可行的加密算法，是 具有实用价值的。其中的一次一密体制是一个 例子，它的加密体制如 图6.2所示。假定明文 长度为n，密钥的长度至少等于n。设密文为c1， c2，…，cn，其中： ci=mi+ki (mod2)， i=1，2，…，n
6.4.2 数字图像信号加密
数字化图像信号加密也是将图像信号先数 字化，再加密。数字电视经过数字压缩编码后 (按照国际标准MPEG-1和MPEG-2)，除了具有 声音图像的高保真度，占用频带窄等优点以外， 一个重要的特征就是便于实施对视频、音频信 息加密。数字电视系统能够方便地对其中的视 频和音频信号进行加密，只有授权的合法用户 才能解密并正常接收。图6.7是根据MPEG-2传 送码流结构设计的数字电视加密系统框图。
图6.2 密码体制
密钥K 密钥流产 生器 明文pi 密钥流 ki 密钥K 密钥流产 生器 密钥流 ki 明文pi
加密
解密 (a) 序列密码
密钥K
密钥K
公开密钥K
秘密密钥K′
明文
加密算法
解密算法 (b) 分组密码
明文 明文
加密算法 (c) 公开密钥密码
解密算法
明文
6.2.3 实际保密
评价一个体制的实际保密性时，必须估计 破译它所需的运算次数和存储单元的数量。如 果在希望的掩蔽时间内，对一个密码体制的最 佳攻击方法，实际所需的计算资源是不可实现 的，就称该密码体制是实际保密的，或计算安 全的。现代密码体制都是按实际保密设计的。 现代密码体制本质上有3种主要类型：序列密 码、分组密码和公开密钥密码。
6.3 模拟信号加密
6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.5 频域置乱 幅度域置乱 时间域置乱 组合置乱 变换域置乱
6.3.1 频域置乱
1. 频率倒置 2. 频段分割移动 图6.4 频段分割移动 3. 滚码频段分割倒置。
图6.4 频段分割移动|x(f)|2|x(f)|
2
1 0
图6.7 数字电视加密系统框图
视频 码流 音频 数据 密钥管理系统 工作密钥 密钥管理系统 分组复接器 加密器 … 信道 解密器 码流 分接器 视频 音频 数据
工作密钥
6.4.3 数据信号加密
数据加密设备插在数据终端设备和调制解 调器之间，对传送的数据进行数字加密。当进 行点对点的通信时，对全部数字流进行加密。 总之，数字加密和模拟加密各有优缺点，为 了达到实际的加密效果，有时采用模拟置乱和 数字加密的混合方式。
第6章 通 信 加 密
6.1 概 述 6.2 密码技术的一般概念 6.3 模拟信号加密 6.4 数字信号加密 6.5 通信网的加密
6.1 概
述
在通信安全保障中，密码技术是一种有效的方法 ( 它是在一种潜在不安全环境中来保证通信安全的 ) 。 通过信号加密，人们可以有效地保证通信线路上的内 容不被泄漏，而且还可以检验传输信息的完整性。进 一步，密码技术可以应用于数字签名、身份识别和信 息鉴定。可以说通信安全的作用是把密码服务引入通 信体系中，最终实现通信技术和密码技术的一体化。 (1) 通信的保密性： (2) 通信加密的实时性和加密通信的可用性： (3) 通信加密的可控性：
2
3
300
4 5 3000
f 0
2
5 300
1
4
3 3000
f
6.3.2 幅度域置乱
它的原理是将噪声或伪随机噪声叠加到语 音信号上去，将可听懂的语音信号掩蔽起来， 又称噪声掩盖。这种方法可大大提高保密度， 但必须使用宽带系统才可能实现，现有的电 话设备无法应用。
6.3.3 时间域置乱
它的原理是通过改变时间单元的时序关 系，造成奇异的语音结合，致使话音的节奏、 能量、韵律等发生变化。时间域置乱包括颠 倒时段、时间单元跳动窗置乱、时间单元滑 动窗置乱和时间样点置乱等。目前，不少时 间域置乱器都采用滚码时段变换法，它利用 微处理器有效的存储器选址技术LSI芯片实现 所需的排列或倒置，使保密性有很大提高。
6.2.4 序列密码
序列密码是用一个加密序列(或称密钥序列) 直接和消息序列混合，实现信息加密的密码体 制。在发送端，密钥流产生器利用密钥生成一 个加密序列流，它和明文逐字符混合，产生一 个明文特征被很好掩盖的呈伪随机的密文序列。 在接收端，密文和相同的加密序列流逐位运算 解出明文。
6.2.5 分组密码
这是一种按照“模－数－模”的置乱体制 去寻求有效加密的算法，原理框图如 图6.6所 示。 其具体做法是将语音信号抽样并数字化， 再对每帧抽样点实现称为“扁球体变换 (PST) ”的正交变换，然后对变换得到的系数 进行置乱和扁球体逆变换，得到时域置乱信 号。
图6.6 变换域置乱原理框图
A/D
域变换
置乱
6.2 密码技术的一般概念
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.2.6 密码体系的模型 安全保密 实际保密 序列密码 分组密码 公开密钥密码
6.2.1 密码体系的模型
加密的基本思想是掩盖信息，使未被授权 者不能了解它的含义。需要被隐蔽的消息通常 称为明文，由明文变成的第三者不可解读的形 式称为密文(或密码)；而这种隐蔽明文的操作 称为加密，把密文恢复成可读懂的明文的操作 称为解密；加解密所依赖的一套法则叫做算法； 决定算法工作的某组特殊信息称为密钥。密码 体系模型如 图6.1所示。
分组加密把加密算法构造得相当复杂，其 目的是分组密码试图充分利用混乱和分散这两 个由香农引入的概念。混乱是指密文和相应的 密钥之间关系复杂，给任何依靠统计分析来揭 示密钥特征的工作制造困难；分散是保证明文 和密文之间的复杂性，消除大段密文上消息的 统计频率特征。
6.2.6 公开密钥密码
公开密钥密码体制的理论基础是一些数学 难题，现已提出了多种公钥体制和公钥算法， 其中以RSA体制最著名，成为目前倍受推崇的 体制。公开密钥密码体制的计算量大，开销大， 加、解密速率低，不适合于速率较高的保密通 信，一般用于密钥分配中的保密通信和数字签 名、鉴别等场合。
反变换
D/A
密钥
时钟
6.4 数字信号加密
6.4.1 数字语音信号加密 6.4.2 数字图像信号加密 6.4.3 数据信号加密
6.4.1 数字语音信号加密
数字语音加密是把语音信号转换为数字信 号，然后采用适当的密码体制，实现保密通信。 加密后的语音质量应只与语音编码体制以及速 率有关。数字语音加密主要有直接数码化方式 和语音频谱压缩方式。它们都是码元加密。
6.3.4 组合置乱
它是利用上述几种方法的组合完成加密 的，诸如频带移位与掩蔽技术结合，倒频与 掩蔽，频带分割与频率跳变技术结合，时间 分割与频带分割相结合等。实现这些技术的 保密机，一般时段较长和频带较宽，在频带 内几乎都完整地保留着语音信号的能量、韵 律、音调等时域特征。
6.3.5 变换域置乱
6.5 通信网的加密
1. 逐链加密 2. 端对端加密 3. 混合加密方式 图6.8 混合加密方式
图6.8 混合加密方式
密钥3 密钥3 密钥1
密钥1
密钥2
密钥2
加密
解密
用户 2 解密
用户 1 加密
加密
解密
消息交 换中心
密钥4
密钥4
密钥5
加密
解密
用户 3 解密
节点