產生復雜碼序列的新LFSR基電路

用線性反饋移位寄存器(LFSR)產生碼序列對于流加密/解密是有用的。然而，這涉及冗長的LFSR，而且所產生的碼對防止竊聽還不夠復雜。

本文給出一個產生冗長和復雜碼序列的非常簡單的技術，適合于采用較小長度LFSR的密碼應用。

　　保密通信

現在，保密通信不僅僅軍事系統需要，而且已進入商業市場。然而，一些商業應用所需要的密級可能不如軍事和其他應用所要求的高。因此，保密和可靠通信的一些簡單和低成本系統，采用擴頻調制方法和密碼技術，適合于非軍事領域的商業應用。現在，人們正在積極地加快研究和開發低成本保密消息通信。

對于發射器和接收器中的加密和擴頻技術，1個隨機或類噪聲碼是必須的。然而，因為接收器中隨機碼(具有精確同步)完全拷貝的實際限制和必然性，所以發送和接收方采用偽隨機或偽噪聲(PN)序列使能保密消息通信。

PN序列表示為具有一定參數的1和0序列，通常分為兩類：(1)周期序列，(2)非周期序列。擴頻通信中所用的序列類型通常為周期序列。

有很多種周期序列，流行的周期序列有：

最大長度線性移位寄存器序列(m序列);

二次剩余序列(q-r序列);

霍爾序列;

雙素數序列。

在這些序列中，最常用的是m序列。m序列已經廣泛用于軍事應用和其他單用戶擴頻系統。不過，基于互相關要求的原因，在某些個人通信CDMA系統中，一些另外的PN序列(如Kasami序列，Walsh序列或Gold序列)是所希望的。

用相對較少級數的LFSR很容易產生m序列(圖1)。

圖1 普通的m序列產生器

一個LFSR由1個移位寄存器和1個反饋網絡(或1個奇偶)組成，反饋網絡僅由模2加法器(XOR門)組成。反饋網絡輸出加到移位寄存器輸入。當輸入的偶數是邏輯0時反饋網絡提供輸出邏輯0，當輸入奇數是邏輯1時反饋網絡產生邏輯1。觸發器數和連接到反饋網絡的觸發器輸出選擇確定所產生PN序列的長度和特性。移位寄存器的所有觸發器由同一時鐘驅動。除硬件復雜性之外，在達到碼同步(發射器和接收器之間)時這些序列運行良好。

m序列長度(N)由下式給出：

N=2m-1

其中m是移位寄存器的級數(也稱之為寄存器長度)。

圖2示出具有3級(m=3)的m序列工作。由Q1，Q2，和Q3表示3個觸發器的狀態，從圖中可見反饋和等Q1和Q3的模2和。每一個觸發器的輸出連接到下一個觸發器的輸入。在每個時鐘脈沖，每個觸發器的狀態移位到下一個。

圖2 普通的級m序列產生器

基于LFSR的流密碼給出良好的數據保密性，所提供的移位寄存器的長度是長的。盡管軟件實現是不經濟的，但結果表明硬件實現容易和簡單。對于低成本保密系統的開發，這種電路是相當有吸引力的。有各種采用LFSR的流密碼方法，各有其優缺點。在各種方法中，與未加密電文同步產生PN序列是重要的。在發射器中，所產生的PN序列(用做密鑰Key)與未加密電文XOR產生密碼電文。在接收器，同樣的PN序列或Key與密碼電文XOR重新產生原來的未加密電文。