基于alpha稳定分布随机过程偏斜度参数的隐蔽通信方法技术

一种基于alpha稳定分布随机过程偏斜度参数的隐蔽通信方法，以有偏斜的alpha稳定分布随机序列作为载波，合法用户传输的隐蔽比特来调制前后半个比特周期载波序列的偏斜度极性，使之绝对值相同但极性相反，因此整个比特周期的隐蔽信号呈现出对称alpha稳定分布的特点；这种方法发射的隐蔽信号，与许多无线通信网络中存在的对称alpha稳定分布干扰非常相似，从而使得窃听者不易察觉到隐蔽通信的存在。本发明专利技术给出了计算量非常小的偏斜度的估计公式，以及推导出了相应的概率密度函数，得到了误比特率公式，指出了误比特率与特征指数、偏斜度、和样本数之间的关系。本发明专利技术实现容易、对设备计算性能要求不高的，隐蔽性较好。

Hidden communication method based on the skew parameter of alpha stable distribution random process

【技术实现步骤摘要】
基于alpha稳定分布随机过程偏斜度参数的隐蔽通信方法
本专利技术涉及无线通信和信息安全
，具体涉及一种基于alpha稳定分布随机过程偏斜度度参数的隐蔽通信方法。
技术介绍
日常生活中，越来越离不开LTE、5G、WiFi等通信技术。当前和未来，保护个人隐私、财产数据等涉及到的通信安全问题，越来越受到重视。一种方法是通过SSL与TLS，在传输层与应用层之间对网络连接进行加密。但加密的同时也引入了另一个问题，加密技术将明文加密成一堆乱码，反而提醒窃听者，传输的数据存在重要的信息。另一种方法是采用隐蔽通信的方法，使得发送的隐蔽信号具备与环境干扰相似的随机特征，窃听者无法区分噪声的来源(来自合法用户发送的隐蔽信号，还是多用户下的环境干扰)。这样能够在窃听者严密监控下未能被检测到合法用户隐蔽传输的存在，更遑论传输的信息破解，实现了用户重要信息不被窃听的关键。许多文献指出，在如adhoc、Wi-Fi、蜂窝网和LET等无线网络中，多址接入干扰服从对称alpha稳定分布，而不是通常假设的高斯(正态)分布。本专利技术利用alpha稳定分布中的偏斜度参数，提出一种隐藏在环境干扰中的隐蔽通信方法。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，能够让合法用户实现隐蔽数据的安全传输，本专利技术提出了一种基于alpha稳定分布随机过程偏斜参数的隐蔽通信方法，实现容易、对设备计算性能要求不高的，隐蔽性较好。本专利技术提供如下技术方案：一种基于alpha稳定分布随机过程偏斜度参数的隐蔽通信方法，所述方法包括隐蔽通信系统发送端的信息隐藏处理与隐蔽通信系统接收端的信息恢复处理；所述隐蔽通信系统发送端的信息隐藏处理包括以下步骤：1-1：用稳定分布噪声发生器产生服从特征指数为α、偏斜度为β的alpha稳定分布的随机分布序列，记为S(α，β)，在一个比特周期Tb内有生成N个独立同分布的随机序列，记为{Xk，k＝1，...，N}；1-2：隐蔽比特b，通过曼切斯特编码，在每个比特周期的中间时刻，也即Tb/2处，发生跳变；如果b＝1，从低电平跳变到高电平；如果b＝0，从高电平跳变到电平低，单双极性变换，把单极性的‘0’、‘1’，分别变换到双极性的‘-1’、‘+1’；1-3：稳定分布噪声发生器输出的随机序列，与单双极性变换的‘-1’相乘之后，改变了偏斜度的极性，也即得到的是S(α，-β)分布的随机序列；与‘+1’相乘，仍然是S(α，β)分布的随机序列；因此，如果隐蔽比特b＝0，则前半个比特周期的随机序列s0＝{-Xk，k＝1，...，N/2}是服从S(α，-β)分布的随机序列，后半个比特周期的随机序列s1＝{Xk，k＝N/2，...，N}是服从S(α，β)分布的随机序列；反之，如果隐蔽比特b＝1，则前半个比特周期的随机序列s0＝{Xk，k＝1，...，N/2}是服从S(α，β)分布的随机序列，后半个比特周期的随机序列s1＝{Xk，k＝N/2，...，N}是服从S(α，-β)分布的随机序列；所述隐蔽通信系统接收端的信息恢复处理包括以下步骤：2-1：在已经同步的情况下，接收端在一个比特周期Tb收到的N个随机序列，经过解复用后，把这N个随机序列分成2个长度为N/2的序列，即r＝[r0，r1]；再对作r1×(-1)处理，使得前后半个比特周期的偏斜度符号相同；再经过复用，把这2个长度为N/2的随机序列合并成一个长度为N的随机序列，记为在理想信道下，也即信道没有衰减、延时和噪声的情况下，显然有2-2：从长度为N的随机序列中，估计出偏斜度这个参数的估计值偏斜度估计值为2-3：采用硬判决，得到隐蔽比特的估计硬判决的规则是：进一步，偏斜度估计值的概率密度函数为式中，在此基础上，通过Mathematica数学工具软件，经过数值积分，得到该估计器为近似无偏估计，当特征指数α趋向于1或2时，方差变大，估计器的性能恶化。再进一步，当隐蔽比特‘0’、‘1’等概率时，理想信道下的误比特率ρ为式中，Pr(e)表示事件Pr(e)的概率；sign(t)是符号函数，其定义为误差函数Erf(z)定义为该公式指出了误比特率与特征指数α、偏斜度β和样本数N之间的关系。更进一步，在加性白高斯噪声信道下，定义散度比为式中γ是alpha稳定分布的散度，是高斯噪声功率，随着散度比的增大，误比特率降低，但存在误比特率平台，当散度比趋于无穷时，误比特率平台值即为理想信道时的误比特率。本专利技术的技术构思为：隐蔽通信系统包括了隐蔽发射机和接收机。在发射端，隐蔽比特调制了alpha稳定分布随机噪声的偏斜度β参数；在接收端，估计出偏斜度β值，从而恢复出隐蔽比特。所述隐蔽通信系统中的发射机，对隐蔽比特b为‘0’，前半个比特周期发射的是S(α，-β)分布的随机分布噪声、后半个比特周期发射的是S(α，β)分布的随机分布噪声；对于隐蔽比特b为‘1’，前半个比特周期，发射的是S(α，β)分布的随机分布噪声、后半个比特周期发射的是S(α，-β)分布的随机分布噪声。每个比特周期，共有{Xk，k＝1，...，N个alpha稳定分布随机过程的样本。这N个样本的前后N/2样本的偏斜度不同，但整个比特周期内，呈现出的是对称alpha稳定分布的噪声，也即整体样本的偏斜度β为0，与无线网络中服从对称alpha稳定分布的环境噪声相似。所述隐蔽通信系统中的接收机，通过分数低阶协方差，得到同步位置；从接收到的一个比特周期的N个样本中，通过符号分数低阶矩，得到偏斜度的估计值经过硬判决，得到隐蔽比特的估计。本专利技术发射的隐蔽信号，与无线网络中的环境干扰相似，也即窃听者不易分辨出接收到的信号是环境干扰还是隐蔽信号，具有很强的隐蔽性。另外，隐蔽通信系统的结构对窃听者而言是未知的，这就增加了窃听者破解的难度。在给出隐蔽通信系统结构之前，先介绍alpha稳定分布。这种随机过程没有闭合的概率密度函数表达式，它是由其特征函数来定义的，其特征函数为ΦX(t)＝exp[-iδt-|σt|α(1-iβsign(t)ξ(t，α))]这里exp[·]是指数函数，常数α∈(0，2]称为特征指数(characteristicexponent)，β∈[-1，1]称为偏斜度(shewness)，σ∈R+称为尺度(scale)，γ＝σα称为散度(dispersion)，δ∈R称为位置(location)。记alpha稳定分布为S(α，β，σ，δ)，在本专利技术中，除了特别指明外，假设δ＝0，σ＝1，简记为S(α，β)。如果一个随机变量X服从alpha稳定分布，记为X～S(α，β)。将欲传输的隐蔽比特转化为前后半个比特周期内偏斜度符号相反的alpha稳定分布随机序列，但整体呈现出对称alpha稳定分布的特性，与无线网络中的环境干扰相似，窃听者对此不敏感，从而实现了隐蔽通信的目的。本专利技术的有益效果为：基于符号分数低阶矩的偏斜度估本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于alpha稳定分布随机过程偏斜度参数的隐蔽通信方法，其特征在于：所述方法包括隐蔽通信系统发送端的信息隐藏处理与隐蔽通信系统接收端的信息恢复处理；/n所述隐蔽通信系统发送端的信息隐藏处理包括以下步骤：/n1-1：用稳定分布噪声发生器产生服从特征指数为α、偏斜度为β的alpha稳定分布的随机分布序列，记为S(α，β)，在一个比特周期T

【技术特征摘要】
1.一种基于alpha稳定分布随机过程偏斜度参数的隐蔽通信方法，其特征在于：所述方法包括隐蔽通信系统发送端的信息隐藏处理与隐蔽通信系统接收端的信息恢复处理；
所述隐蔽通信系统发送端的信息隐藏处理包括以下步骤：
1-1：用稳定分布噪声发生器产生服从特征指数为α、偏斜度为β的alpha稳定分布的随机分布序列，记为S(α，β)，在一个比特周期Tb内有生成N个独立同分布的随机序列，记为{Xk，k＝1，...，N}；
1-2：隐蔽比特b，通过曼切斯特编码，在每个比特周期的中间时刻，也即Tb/2处，发生跳变；如果b＝1，从低电平跳变到高电平；如果b＝0，从高电平跳变到电平低，单双极性变换，把单极性的‘0’、‘1’，分别变换到双极性的‘-1’、‘+1’；
1-3：稳定分布噪声发生器输出的随机序列，与单双极性变换的‘-1’相乘之后，改变了偏斜度的极性，也即得到的是S(α，-β)分布的随机序列；与‘+1’相乘，仍然是S(α，β)分布的随机序列；
因此，如果隐蔽比特b＝0，则前半个比特周期的随机序列s0＝{-Xk，k＝1，...，N/2}是服从S(α，-β)分布的随机序列，后半个比特周期的随机序列s1＝{Xk，k＝N/2，…，N}是服从S(α，β)分布的随机序列；反之，如果隐蔽比特b＝1，则前半个比特周期的随机序列s0＝{Xk，k＝1，...，N/2}是服从S(α，β)分布的随机序列，后半个比特周期的随机序列s1＝{Xk，k＝N/2，...，N}是服从S(α，-β)分布的随机序列；
所述隐蔽通信系统接收端的信息恢复处理包括以下步骤：
2-1：在已经同步的情况下，接收端在一个比特周期Tb收到的N个随机...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志江，金文兵，程文锋，
申请(专利权)人：浙江机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33