基于polar码的wiretap信道的物理层保密通信传输方法技术

本发明专利技术是一种基于polar码的窃密信道的物理层保密通信传输方法，属于通信领域。本发明专利技术在发送端和合法接收端设置混淆和解混淆结构，对长polar码，设计链式加密结构，发送端将下一帧的信息位密钥和冻结集信息存入当前帧的S集中预设位置，除了每一帧进行混淆和编码外，在帧与帧之间进行加密和冻结集替换；对短polar码，设计二维混淆方法，将连续多帧划为一组，对组内每帧先进行帧内混淆，再进行帧间关键位置混淆，然后第二次帧内混淆，之后进行polar编码。对一组短polar码可结合长polar码的链式加密进行数据传输。本发明专利技术方法提高了信道安全性，降低了窃听者完全无法译码时对窃听信道退化程度的要求。

【技术实现步骤摘要】
基于polar码的wiretap信道的物理层保密通信传输方法
本专利技术属于通信
，具体涉及基于polar码的窃密(wiretap)信道下保密通信方法。
技术介绍
目前无线通信的保密通信体制大多建立在物理层无误码率传输的假设之上，但在无线网络中，由于信道衰落，噪声等一系列的影响，物理层的误码率不可忽略，合法接收端的密文不一定和发送端一致，密文的传输错误可导致解密失败，所以物理层的纠错码设计对无线通信的保密体制拥有重要的意义。此外，由于无线信道的信息加载在通信载体上在无线空间自由传播，这种开放性使得非法窃听者可以在物理层进行信息截获，所以无线保密通信对于物理层安全提出了较高的要求。Wyner在1975年提出了wiretap信道模型，在理想状态下，合法的通信双方不需要共享密钥也可以进行保密通信。wiretap信道是物理层安全使用广泛的模型之一，而信道编码方法是提高wiretap信道可靠性(即合法用户能够接收到信息)和安全性(即非法用户不能够译出信息)的重要手段。信道的可靠性可由提高主信道的信道容量实现；信道的安全性可由降低窃听者接收信息与发送信息的互相关，提高窃听信道疑义度实现。A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于polar码的wiretap信道的物理层保密通信传输方法，在发送端的polar编码模块前设置混淆结构，在合法接收端的polar译码模块后设置解混淆结构，对帧长为1024及以上的polar码在物理层进行链式加密，其特征在于，包括：步骤1：发送端先根据主信道的信噪比，划分出针对合法接收者的信息位G(Bob)和冻结集B(Bob)，然后划分polar码码元的纯信息集P和混淆集S；步骤2：发送端将S集内的码元进行混淆操作；后面步骤的S集是经过混淆操作的S集；步骤3：发送端将下一帧的信息位密钥和冻结集信息存入当前帧的S集中预先设置的位置；发送端和合法接收端共享初始密钥和初始冻结集；发送端发送第...

【技术特征摘要】
1.一种基于polar码的wiretap信道的物理层保密通信传输方法，在发送端的polar编码模块前设置混淆结构，在合法接收端的polar译码模块后设置解混淆结构，对帧长为1024及以上的polar码在物理层进行链式加密，其特征在于，包括：步骤1：发送端先根据主信道的信噪比，划分出针对合法接收者的信息位G(Bob)和冻结集B(Bob)，然后划分polar码码元的纯信息集P和混淆集S；步骤2：发送端将S集内的码元进行混淆操作；后面步骤的S集是经过混淆操作的S集；步骤3：发送端将下一帧的信息位密钥和冻结集信息存入当前帧的S集中预先设置的位置；发送端和合法接收端共享初始密钥和初始冻结集；发送端发送第一帧时，使用初始密钥对P集和S集进行加密，使用初始冻结集对B(Bob)中的码元进行填充；设i为大于1的自然数，发送端发送第i帧时，使用上一帧S集中的信息位密钥对P集和S集进行加密，使用上一帧S集中的冻结集信息对B(Bob)进行异或操作，实现冻结集替换；步骤4：发送端对{P,S,B(Bob)}进行polar编码后发送出去，并接收合法接收端反馈的是否成功解码的消息，当收到没有成功解码的反馈时，发送端将当前帧进行重传，直到合法接收端成功解码，当收到成功解码的反馈时，发送端继续步骤3发送下一帧；步骤5：合法接收端收到polar编码信息后，首先依据从上一帧获得的当前帧冻结集起始位置，从上一帧的解混淆前的S集中选出当前帧的冻结集，对polar编码信息进行译码；然后再依据从上一帧获得的信息位密钥起始位置，从上一帧的解混淆前的S集中获得当前帧的信息位密钥，对当前帧的P集和S集进行解密操作；最后，合法接收端对S集进行解混淆操作；步骤6：合法接收端通过反馈与发送端进行同步。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中，划分P集和S集的方法是：划分出针对合法接收端的信息位G(Bob)和冻结集B(Bob)后，发送端任意估计窃听信道的信噪比SNRestimate，根据高斯密度进化方法获得针对窃听信道的信息位Gestimate(Eve)和冻结集Bestimate(Eve)，调整窃听信道的分集门限，使得Gestimate(Eve)和G(Bob)具有相同的长度，将Gestimate(Eve)和G(Bob)的码元序号输入两个等长栈中，比较栈中相同深度码元的序号，若序号相同，发送端将G(Bob)中该序号的码元输入P集，否则将G(Bob)中该序号的码元输入S集。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中，利用信息位密钥对P集和S集进行AES加密。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中，利用信息位密钥对P集和S集采用混淆结构进行加密，包括：设P集和S集的数据序列是Message，密钥序列为Key，则：步骤3.1，将数据序列和密钥序列进行异或，得到步骤3.2，将数据序列Message'进行针对自身的串行异或，得到序列Message”；步骤3.3，对序列Message”依次进行交织操作和S-box非线性映射；步骤3.4，进行轮判决，判断是否达到预设的轮数，若否，继续重复步骤3.1～3.3，否则，输出加密后的结果。5.一种基于polar码的wiretap信道的物理层保密通信传输方法，在发送端的polar编码模块前设置混淆结构，在合法接收端的polar译码模块后设置解混淆结构，发送端对帧长在512及以下的polar码首先进行二维混淆，然后对混淆后的码元组执行如权利要求1～4任一所述的方法进行链式加密。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述发送端进行二维混淆，包括如下步骤：步骤一：将连续N_bundle帧划为一组，根据主信道的信噪比，划分出每一帧针对合法接收者的信息位和冻结集，分别记为G(Bob)和B(Bob)，然后划分polar码码元的纯信息集P和混淆集S；N_bundle帧中每帧的S集和P集的长度相等；步骤二：对组内每一帧的信息位G(Bob)中码元进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘荣科，张晨宇，穆斯塔法，赵岭，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11