[發明專利]一種基于中繼控制的物理層網絡編碼加密收發系統和方法

有效

• 申請號: 202010076379.X
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN111314325B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 王雪松;展月英;張春暉;孫揚
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間應用工程與技術中心;中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40;H04B10/11
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 趙秀斌

本發明涉及一種基于中繼控制的物理層網絡編碼加密收發系統和方法，中繼節點和每個源節點對發送的明文進行混疊形式的加密，具體地，中繼節點和每個源節點對任何將要發送的數據：第一發送信息、第二發送信息、疊加發送信息等都是運算的結果，僅由運算結果不能推斷出任何原先參與運算的第一明文和第二明文，在數據傳輸過程中，惡意第三方接收到的信息都是運算的結果即混疊信息，其不具有恢復價值，從而使各源節點完成明文的保密傳輸；且完整保留了PNC帶來的相比普通的TWRC場景，其吞吐量能夠增加一倍的特性，且任意時刻發送的任何數據都是由明文和鑰文通過定義的，并在G(2)內進行的簡單的異或運算實現的，不影響實時通信，保證其傳輸效率。

技術領域

本發明涉及激光通信領域，尤其涉及一種基于中繼控制的物理層網絡編碼加密收發系統和方法。

背景技術

物理層網絡編碼(Physical-layer Network Coding，PNC)是將網絡編碼應用至物理層的一種通信手段，中繼節點對來自不同源節點的明文進行網絡編碼映射后再轉發給相對應的源節點，接收明文的源節點再恢復出相應源節點的明文，可增加一倍的吞吐量，由于傳統無線通信中，由于無線信道具有廣播特性，當惡意第三方用戶接收到來自某一節點發送的信號時，可能會解調恢復出發送的明文從而導致泄密，即使傳輸的是經過某種加密方式的密文，也可能嘗試特定的解密方法通過大量計算后強行破解。

為避免破解，目前所采用的方式為：在一個多源節點的系統內，選取信源節點、合法用戶節點及協作用戶節點，其中信源節點、合法用戶節點向中繼發送信息與人工噪聲，協作用戶節點向中繼發送人工噪聲；中繼將混合信號進行放大轉發并廣播，同時協作用戶節點廣播人工噪聲，合法用戶節點對接收到的信號進行自干擾消除并完成接收符號充分統計量的估計，得到信息符號。但在系統內人為地添加了諸多噪聲，而且存在噪聲的放大；其解決噪聲需要幾個節點之間的來回配合，且計算量較大，在浪費傳輸時隙的同時，降低了系統效率。

因此，如何在保證不同源節點之間進行明文傳輸的保密性的同時提高傳輸效率是業內亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種基于中繼控制的物理層網絡編碼加密收發系統和方法。

本發明的一種基于中繼控制的物理層網絡編碼加密收發系統的技術方案如下：

在多個源節點中任意選取兩個，分別記為第一源節點和第二源節點；

中繼節點、所述第一源節點和所述第二源節點均保存有同一鑰文F；

通過異或運算將所述第一源節點所要發送的第一明文a和所述鑰文F生成第一發送信息β_A；通過所述異或運算將所述第二源節點所要發送的第二明文b和所述鑰文F生成第二發送信息β_B，其中，

所述第一源節點和所述第二源節點分別將所述第一發送信息β_A和所述第二發送信息β_B發送至所述中繼節點；

所述第一明文a、所述第二明文b、所述第一發送信息β_A和所述第二發送信息β_B屬于伽羅華域G(2)，在所述伽羅華域G(2)定義異或運算為：

所述異或運算在所述伽羅華域G(2)中滿足交換律、結合律與分配律，且和

所述中繼節點接收到的總數據信息為β_AB，將所述總數據信息β_AB進行物理層網絡編碼PNC映射得到映射信號β_R，其中，

所述中繼節點將所述映射信號β_R通過第一公式得到疊加信息β_com，第一公式為：