[發明專利]一種基于動態星座旋轉的物理層加密方法及系統

在審

• 申請號: 202211621854.2
• 申請日: 2022-12-16
• 公開（公告）號: CN116032454A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 李古月;侯宇杰;胡愛群
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L27/26
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉倩

1.一種基于動態星座旋轉的物理層加密方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，數據接收：通信數據的發送端向接收端發送帶有隨機特征信息的下行導頻信號，接收端在接收到下行導頻信號后，在信道相干時間內發送帶有隨機特征信息的上行導頻信號；

S2，特征提取：發送端和接收端經過多次信道探測后，從接收信號進行提取出信道特征信息，和本地生成的隨機特征信息相加，得到對稱的初始信道特征信息序列和

S3，初始星座旋轉：發送端對發送的比特流進行信道編碼、符號映射和串并轉換后，利用步驟S2獲得的初始特征信息序列Φ^A對調制后符號進行初始星座旋轉加密生成替身加密符號S^E，再通過快速傅里葉反變換轉換為時域符號并加載到載波上，經過并行到串行轉換、循環前綴和導頻插入操作后發送；

接收端執行相反的操作，利用步驟S2獲得的對稱初始信道特征信息序列Φ^B對快速傅里葉變換后的數據符號進行星座逆旋轉解密、以恢復發送比特流并進行糾錯；

S4，動態星座旋轉加密：發送端通過對發送數據幀進行熵評估來滑動選擇具有較好隨機性的數據幀索引m，利用單向函數f(·)對滑動窗口[k,k-m]中數據幀比特流進行單向映射到[0,2π)得到C^A(k)，再結合步驟S2獲得的初始特征信息序列Φ^A生成動態更新的加密星座模式，并將其用于當前幀調制后符號的星座旋轉加密；

S5，動態星座旋轉解密：接收端通過對接收數據幀進行熵評估來滑動選擇具有較好隨機性的數據幀索引m，利用單向函數f(·)對滑動窗口[k,k-m]中數據幀比特流進行單向映射到[0,2π)得到C^B(k)，再結合步驟S2獲得的初始特征信息序列Φ^B生成動態更新的解密星座模式，并將其用于當前幀解調前符號的星座逆旋轉解密，最后進行調制符號星座判決和信道譯碼操作以恢復當前幀的發送比特流。

2.如權利要求1所述的一種基于動態星座旋轉的物理層加密方法，其特征在于：所述步驟S1中發送端向接收端發送的帶有隨機特征信息的下行導頻信號其中是在[0,2π)區間均勻分布的隨機相位，只有發送端已知；

所述接收端發送的帶有隨機特征信息的上行導頻信號其中是在[0,2π)區間均勻分布的隨機相位，只有發送端已知。

3.如權利要求2所述一種基于動態星座旋轉的物理層加密方法，其特征在于：所述步驟S2中提取的信道特征信息至少包括信道狀態信息、信道相位信息或接收信號強度信息，接收端和發送端分別將提取的特征信息和本地生成隨機特征信息線性變換到[0,2π)后相加，對2π取模后得到對稱的初始特征信息序列和

4.如權利要求2所述一種基于動態星座旋轉的物理層加密方法，其特征在于：所述步驟S3中，發送端對調制后符號進行初始星座旋轉加密生成替身加密符號S^E，S^E＝D_AS^T

其中，是一個相位旋轉矩陣，表示原始符號經過星座旋轉加密后得到的OFDM加密符號；

接收端以獲得加密的OFDM符號S^E，并執行逆旋轉解密，以恢復調制后的符號：

其中，是一個相位逆旋轉矩陣。

5.如權利要求4所述一種基于動態星座旋轉的物理層加密方法，其特征在于：所述步驟S3中，發送端發送的比特流為信源編碼后的比特，初始星座旋轉階段發送比特流由q個信息位比特[b₀,b₁,…,b_q]和N^*r-q個信息摘要位比特組成，所述信息摘要位比特用于接收端對糾錯后接收比特流進行一致性的驗證，若一致性校驗失敗則重新發送。