[發明專利]一種弱化竊聽信道下基于極化碼的安全編碼方法

有效

• 申請號: 201611105965.2
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106789968B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 劉彤;孟祥雨;張林波;竇崢;林云;李志剛;齊琳;張薇;張文旭;趙宇寧
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種弱化竊聽信道下基于極化碼的安全編碼方法，其特征是包括如下步驟：

步驟1：信道極化

對信道采用遞歸的方法進行極化操作,極化后產生N個獨立二進制子信道其中N＝2ⁿ,n∈Z⁺且n≥2；

步驟2：信道排序

對步驟1得到的信道采用蒙特卡洛方法分別得到各個子信道的信道容量并將信道按照信道容量由大到小降序排列得到排序后信道集合如果信道容量相等按未排序前信道的信道標號大的在前小的在后排序；

步驟3：挑選信息比特信道集合和固定比特信道集合

選取步驟2得到的排序后信道集合中的3≤k＜N作為信息比特信道集合，用于發送信息比特長度為k的信息序列u_A＝(u₀,...u_k-1)；選取步驟2得到的排序后信道集合中的作為固定比特信道集合，用于發送固定比特長度為N-k的固定比特序列u_B；

步驟4：確定安全信道和非安全信道

選取步驟3得到的信息比特信道集合中第k-m到第k-1信道作為安全信道,發送信息序列u＝(u_k-m,u_k-m+1,...u_k-2,u_k-1)；中第0到第k-m-1信道作為非安全信道,發送信息序列l＝(u₀,u₁,u₂,...u_k-m-2,u_k-m-1),其中m為任意正整數，且滿足2≤m＜k；

步驟5：更新秘鑰

將步驟4得到的安全信道發送的二進制信息序列u＝(u_k-m,u_k-m+1,...u_k-2,u_k-1)作為秘鑰，將秘鑰的最低兩位信息比特進行異或運算得到的結果作為秘鑰的最高位，同時舍掉秘鑰的最低位，得到更新后的秘鑰；

步驟6：將步驟5得到的更新后的秘鑰的最高位與非安全信道發送的信息序列l＝(u₀,u₁,u₂,...u_k-m-2,u_k-m-1)中的最高位u₀異或得到密文的最高位s₀，再利用步驟5更新秘鑰，并將步驟5得到的更新后的秘鑰的最高位與非安全信道發送的信息序列l的次高位u₁異或得到密文的次高位s₁，以此類推，如此重復k-m次得到密文序列s＝(s₀,s₁,s₂,...s_k-m-1)；

步驟7：生成待編碼序列

將安全信道發送的信息序列u＝(u_k-m,u_k-m+1,...u_k-2,u_k-1)加到步驟6生成的密文序列s后邊，拼接得到待編碼序列f＝(s₀,s₁,s₂,...s_k-m-1，u_k-m,u_k-m+1,...u_k-2,u_k-1)；

步驟8：生成編碼矩陣

將基礎矩陣進行n(n＝log₂N)次kronecker積運算得到編碼矩陣G；

步驟9：編碼

按照信道容量較大的前k個信道的信道標號，在步驟8得到的編碼矩陣G中取出與其對應的行向量組成矩陣G(A)，編碼矩陣G中剩余的行向量組成矩陣G(A^c)；將步驟7得到的待編碼序列f和步驟3得到的固定比特序列u_B經過fG(A)+u_BG(A^c)運算得到編碼后序列x；

步驟10：調制

按照通信系統所需要的調制方式進行調制；

步驟11：過信道

將步驟10調制后的序列發送到高斯白噪聲信道；

步驟12：解調

接收端將接收到的經過高斯信道后的信息進行軟解調；

步驟13：譯碼

將步驟12解調后的信息采用連續刪除譯碼SC得到譯碼序列

步驟14：找出秘鑰和密文

在步驟13譯碼后的序列中,當做秘鑰，當做非安全信道發送的密文估計序列；

步驟15：更新秘鑰

將步驟14得到的秘鑰的最低兩位信息比特進行異或運算得到的結果作為秘鑰的最高位，同時舍掉秘鑰的最低位，得到更新后的秘鑰；

步驟16：將步驟15得到的更新后的秘鑰的最高位與步驟14中得到的密文估計序列中的最高位異或得到非安全信道發送信息序列的最高位估計值再利用步驟15更新秘鑰，并將該更新后秘鑰的最高位與步驟14中得到的密文估計序列中的次高位異或得到非安全信道發送信息序列的次高位估計值以此類推，如此重復k-m次得到解密后的非安全信道發送信息的估計序列

步驟17：還原發送端發送的信息序列

將步驟14得到的序列放到步驟16得到的解密后的非安全信道發送信息的估計序列的后面，拼接得到發送端發送信息的估計序列為