[發(fā)明專利]一種中繼竊聽信道下基于極化碼的安全編碼方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111153058.6
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113824535B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜清河;劉志偉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04B17/391
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 白文佳

本發(fā)明公開了一種中繼竊聽信道下基于極化碼的安全編碼方法，包括：節(jié)點(diǎn)A將其邏輯信道劃分為三個集合，其中，第一個集合為對節(jié)點(diǎn)R、節(jié)點(diǎn)B及節(jié)點(diǎn)E均表現(xiàn)出無噪性質(zhì)的邏輯信道集合P；第二個集合為對節(jié)點(diǎn)B表現(xiàn)出無噪性質(zhì)，同時對節(jié)點(diǎn)E表現(xiàn)出全噪性質(zhì)的邏輯信道集合U；第三個集合為對節(jié)點(diǎn)R表現(xiàn)出無噪性質(zhì)，同時對節(jié)點(diǎn)B表現(xiàn)出全噪性質(zhì)的邏輯信道集合K；節(jié)點(diǎn)A將私密信息分為三個信息段msubgt;1/subgt;,msubgt;2/subgt;,msubgt;3/subgt;，將信息段msubgt;2/subgt;,msubgt;3/subgt;分別放置到集合U及集合K所代表的邏輯信道中進(jìn)行編碼，將信息段msubgt;1/subgt;進(jìn)行耦合加密處理，得密文c，然后將密文c放置在集合P所代表的邏輯信道中進(jìn)行編碼，得編碼后的碼字Xsubgt;A/subgt;，該方法能夠有效提高系統(tǒng)的安全傳輸速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及一種中繼竊聽信道下基于極化碼的安全編碼方法。

背景技術(shù)

1975年，Wyner提出了離散無記憶竊聽信道模型。在該模型中，發(fā)送者Alice和合法接收者Bob之間通過主信道傳輸秘密消息M，而竊聽者Eve通過另一個被稱作竊聽信道的信道獲取合法用戶之間傳輸?shù)南，二者通過譯碼估計秘密消息Wyner在提出竊聽信道模型的同時，證明了在合法信道質(zhì)量優(yōu)于竊聽信道質(zhì)量的條件下，存在一種編碼方法可以使合法通信雙方無需共享密鑰就能以低差錯概率接收信息，并且竊聽者得到的信息為0，物理層安全編碼由此誕生。其在本質(zhì)上是一種與傳輸信道“綁定”，并同時具備可靠性和安全性的信道編碼技術(shù)，能夠?qū)⑿诺啦町愋灾苯愚D(zhuǎn)化為接收者譯碼能力的差異，在不影響合法用戶可靠譯碼私密信息的同時，達(dá)到對竊聽者“私密信息零陷”的效果。

極化碼作為一種新型編碼方法，在安全編碼技術(shù)中也得到了很好的應(yīng)用。ErdalArikan教授在2008年召開的IEEE信息論國際會議上首次提出了信道極化的概念，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造性地提出了一種新型信道編碼方式——極化碼。極化碼的思想是在編碼側(cè)對輸入比特采用特定的遞歸線性變換，而在譯碼側(cè)則以特定的順序進(jìn)行連續(xù)消除譯碼，恢復(fù)傳輸信息。Arikan發(fā)現(xiàn)通過上述操作之后，發(fā)生了信道極化現(xiàn)象，即一些比特所看到的等效比特信道要優(yōu)于原始比特信道，而另一些比特看到的則比原始比特信道差。當(dāng)碼長逐漸增加時，這些看到的等效比特信道會趨近于完全無噪的比特信道，或趨近于完全噪聲的比特信道，并且趨于完全無噪的比特信道占總體比特信道的比例趨近于信道容量。

正是上述種種特性，使得極化碼在物理層安全編碼領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。目前已有的基于極化碼的安全傳輸方法是利用極化邏輯信道質(zhì)量的劃分，將私密信息映射到合法邏輯信道質(zhì)量“好”而竊聽邏輯信道質(zhì)量“差”的輸入位上，而在兩者質(zhì)量都“好”的輸入位上傳輸隨機(jī)信息，在兩者質(zhì)量都“差”的輸入位上傳輸已知的固定信息，從而實(shí)現(xiàn)信息的安全傳輸。

對于有限碼長的情況下，信道極化現(xiàn)象不完全，即有一部分邏輯信道信道容量位于中間區(qū)域，這部分邏輯信道既不能保證傳輸?shù)目煽啃裕膊荒鼙ＷC傳輸?shù)陌踩?，所以這些邏輯信道無法承載私密信息，造成該方法的安全傳輸速率處于一個較低的水平。因此需要一種新型傳輸技術(shù)，提高系統(tǒng)的安全傳輸速率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種中繼竊聽信道下基于極化碼的安全編碼方法，該方法能夠有效提高系統(tǒng)的安全傳輸速率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的中繼竊聽信道下基于極化碼的安全編碼方法，包括：

中繼竊聽通信系統(tǒng)包括發(fā)送者Alice、中繼節(jié)點(diǎn)Relay、竊聽者Eve及合法接收者Bob，其中，將發(fā)送者Alice作為節(jié)點(diǎn)A，將中繼節(jié)點(diǎn)Relay作為節(jié)點(diǎn)R，將竊聽者Eve作為節(jié)點(diǎn)E，將合法接收者Bob作為節(jié)點(diǎn)B；