[發明專利]一種基于AES加密的噴泉編碼無線數據安全傳輸方法

有效

• 申請號: 201910202813.1
• 申請日: 2019-03-18
• 公開（公告）號: CN109819438B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 楊志良;盧繼華;李凱;馮立輝;郭齊治;董運豪
• 申請（專利權）人: 中北大學;北京理工大學
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04L9/06;H04L1/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

本發明涉及一種基于AES加密的噴泉編碼無線數據安全傳輸方法，屬于無線數據以及安全傳輸技術領域。所述方法包括：1)系統參數初始化；2)發送端對待傳輸數據進行AES加密；3)生成噴泉編碼魯棒孤子分布；4)將AES加密后數據采用魯棒孤子分布進行噴泉編碼；5)將編碼后的符號送入多節點廣播信道；6)接收端進行噴泉譯碼；7)接收端進行AES解密；8)比較解密后數據與發送數據，進行安全性驗證。所述方法在稍許增加編譯碼復雜度的前提下，可有效增強無線通信系統數據傳輸的安全性能。

技術領域

本發明涉及一種基于AES加密的噴泉編碼無線數據安全傳輸方法，屬于無線通信以及無線數據安全傳輸技術領域。

背景技術

隨著無線通信技術的快速發展，通信業務量大大增加，人們對無線通信速率、通信質量、通信安全性方面的要求越來越高。無線通信系統由于信道的開放性、通信網絡拓撲多變性，給惡意攻擊者和非法竊聽者以可乘之機。一種好的無線數據安全傳輸方法不僅要保證數據傳輸的安全性，更要能提升無線數據傳輸的吞吐量、更高的傳輸質量。

現有加密算法中，高級加密標準(Advanced Encryption Standard，AES)在信息安全中起了非常重要的作用，其算法簡單且完全開源，易于實現，安全性高，加密解密速度快，因此，自AES算法被美國國家標準技術研究所定為標準加密算法以來，AES加密算法在計算機網絡、無線通信網絡、圖像視頻傳輸、數據存儲等很多領域得到了非常廣泛的應用。

噴泉碼是一種具有廣播特性的前向糾錯編碼方法，其具有無比率、數據可通過多節點分發接收、編譯碼復雜度低的特點，其非常適合作為大容量數據的信道編碼機制。此外，噴泉碼的譯碼隨著編碼冗余度的提高，在某個冗余度值時具有門限效應，當接收端接收的數據量少于門限值時，誤碼率接近于極限值。噴泉碼這一門限效應可使竊聽者接收的數據完全無效，輔以AES加密算法，可有效增強無線數據傳輸的安全性，在此基礎上，噴泉編碼可保證正常接收端的通信質量與通信速率。基于此，本發明設計了一種基于AES加密的噴泉編碼無線數據安全傳輸方法來保障無線數據的通信安全。

發明內容

本發明針對無線信道特別是多節點無線廣播信道的信息傳輸過程中的安全問題，提出了一種基于AES加密的噴泉編碼無線數據安全傳輸方法，在保證信息傳輸速率的同時，能夠提升信息傳輸的安全性。

所述無線數據安全傳輸方法的核心思想為：發送端在應用層使用AES加密算法對需要傳輸的數據執行一次加密處理并將密文打包傳輸到網絡層，網絡層對密文打包后的數據進行噴泉編碼得出噴泉編碼后的密文數據，編碼分發到無線廣播信道；合法接收端接收發送端傳來的噴泉編碼后的密文數據，當接收端網絡層接收到足夠的編碼數據包進行噴泉解碼并解碼正確后，即將噴泉譯碼后的密文數據拆包后傳輸到應用層，按組對數據進行解密，即可準確無誤的恢復出發送端發送的數據。竊聽端無法接收到足夠的數據以恢復噴泉編碼數據，即使知道 AES解密方法，也無法正確結算處發送端發送的數據信息。

所述無線數據安全傳輸方法依托的系統包括發送端、信道和接收端；

其中，發送端包括初始化模塊、AES加密器和噴泉編碼分發器；信道是無線廣播信道；接收端包括合法接收端和竊聽端；其中，合法接收端包括噴泉譯碼組合器、AES解密器和信息恢復器；竊聽端包括信息恢復器。

所述無線數據安全傳輸方法，包括以下步驟：

步驟1、初始化模塊生成待加密數據，初始化AES加密參數以及噴泉編碼參數，并對待加密數據進行分組；

步驟1可分為以下子步驟：

步驟1.1、生成待加密數據，并將數據統一轉化成二進制數據；

其中，待加密數據為文本、字符及圖片數據中的一種或組合；

步驟1.2、AES參數初始化；