[發(fā)明專利]針對無線通信的物理層加密傳輸系統(tǒng)及其方法

有效

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• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111065096B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設計）人: 高媛媛;黃晟;沙楠;臧國珍;郭明喜;劉笑辰;張廣娜;王小雨
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H04W12/03
• 分類號: H04W12/03;H04W12/041;H04L9/40;H04L27/00;H04L5/00;H04L1/00
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 姚遠方

一種針對無線通信的物理層加密傳輸系統(tǒng)及其方法，包括運行在所述多輸入單輸出MISO的無線通信系統(tǒng)的基站上的構建模塊、估計模塊和加密模塊；所述構建模塊用于所述構建系統(tǒng)；所述估計模塊用于信道估計；所述加密模塊用于加密發(fā)送。所述針對無線通信的物理層加密傳輸系統(tǒng)，還包括：運行在所述合法接收者上的恢復模塊；所述恢復模塊用于所述數(shù)據(jù)恢復。結合其它結構或方法有效避免了現(xiàn)有技術中針對多輸入單輸出MISO的無線通信系統(tǒng)的物理層加密在對抗調(diào)制識別和竊聽者攻擊時的安全性不高和通信的可靠性大幅下降的缺陷。

技術領域

本發(fā)明涉及無線通信中的信息安全技術領域，也涉及分幀技術領域，具體涉及一種物理層安全技術(PLS)中的物層加密傳輸技術?(PLE)，尤其涉及一種針對無線通信的物理層加密傳輸系統(tǒng)及其方法，特別涉及一種基于符號卷積的物理層加密傳輸系統(tǒng)及其方法。

背景技術

所謂無線通信網(wǎng)絡，是指無需布線就能實現(xiàn)各種通信設備互聯(lián)的網(wǎng)絡，當今，無線通信網(wǎng)絡廣泛地應用于民用和軍用通信系統(tǒng)，已經(jīng)成為生活和工作不可分割的一部分。由于無線信道的廣播特性、移動網(wǎng)絡的動態(tài)拓撲和節(jié)點的微型化，基于網(wǎng)絡的上層密碼學加密以及數(shù)據(jù)處理堆棧及其相關協(xié)議的傳統(tǒng)安全策略面臨新的挑戰(zhàn)。物理層安全則利用無線信道隨機性、互易性等不可復制特性從物理層保護信息安全。其安全程度不依賴計算復雜度，在編碼和信號處理的幫助下，即使攻擊者擁有強大的計算能力，信息也只能被合法接收者正確解碼，可視為對上層安全技術的補充。

近年來，物理層加密技術(PLE)受到了越來越多的關注，相比于上層傳統(tǒng)的加密機制，其利用無線信道、信號的各種特性設計加密機制，保護物理層信號不被竊聽者破譯，提供信號級的安全，基于PLE?的無線通信系統(tǒng)框圖如圖1所示。PLE技術對天線數(shù)量或者信道條件沒有嚴格的要求，因此可方便應用到各種無線通信系統(tǒng)中，而應用在調(diào)制前的物理層加密PLE方案，加密方式為對編碼后的二進制比特信息進行異或運算，是相對較早提出的關于PLE的技術方案，這樣的技術方案，在實際運用中，在針對多輸入單輸出MISO的無線通信系統(tǒng)對抗調(diào)制識別和竊聽者攻擊時的安全性不高，隨之改進的技術方案將調(diào)制符號序列分為兩路后分別旋轉(zhuǎn)、疊加，該加密方式在準靜態(tài)信道環(huán)境下對抗調(diào)制識別和竊聽者攻擊時的通信安全性更高，但導致通信的可靠性大幅下降。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種針對無線通信的物理層加密傳輸系統(tǒng)及其方法，有效避免了現(xiàn)有技術中針對多輸入單輸出MISO?的無線通信系統(tǒng)的物理層加密在對抗調(diào)制識別和竊聽者攻擊時的安全性不高和通信的可靠性大幅下降的缺陷。

為了克服現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供了一種針對無線通信的物理層加密傳輸系統(tǒng)及其方法的解決方案，具體如下：

一種針對無線通信的物理層加密傳輸?shù)姆椒ǎǎ?/p>

針對多輸入單輸出MISO的無線通信系統(tǒng)的竊聽信道模型，首先合法用戶向該無線通信系統(tǒng)的基站發(fā)送導頻信號，基站根據(jù)導頻信號的序列估計出合法信道的信道狀態(tài)信息CSI，所述基站利用該信道狀態(tài)信息CSI生成密鑰；隨后將密鑰與待轉(zhuǎn)發(fā)的無線信號調(diào)制后的符號序列進行卷積加密，將卷積加密后的符號序列和預編碼后的待發(fā)送的無線信號通過信道發(fā)送給接收者，所述接收者接收到卷積加密后的符號序列后就能對該符號序列進行解密。

所述針對無線通信的物理層加密傳輸?shù)姆椒ǎㄈ缦碌木唧w步驟：

步驟1：構建系統(tǒng)；

所述構建系統(tǒng)，包括：給多輸入單輸出MISO的無線通信系統(tǒng)的基站配備有N_B根天線，合法接收者和竊聽者都為單天線的無線通信終端，所述合法接收者和竊聽者均能接收多輸入單輸出MISO的無線通信系統(tǒng)的基站的無線信號，所述合法接收者和竊聽者均能接收多輸入單輸出MISO的無線通信系統(tǒng)的基站的無線信號的結構就形成了多輸入單輸出MISO的無線通信系統(tǒng)的竊聽信道模型；

該多輸入單輸出MISO的無線通信系統(tǒng)采用時分雙工TDD模型進行通信,其中N_B為大于1的正整數(shù)；