【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物联网、低功耗无线网络领域，涉及一种隐秘信道构建方法，尤其涉及一种应用css扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，可用于在通信中隐秘信道传输额外信息或攻击，实现通信速率与鲁棒性的提升。
技术介绍
1、物联网(internet of things,iot)是一项具有革命性创新的技术，它在互联网的基础上延伸和扩展，将各类信息传感设备与互联网紧密结合，实现人、机、物之间的普遍互联互通。在我国物联网被视为重要的数字基础设施之一，将为经济社会的数字化转型和供给侧结构性改革提供关键支持和创新动力。
2、低功率广域网(low power wide area network,lpwan)是一种新兴而具有创新性的物联网技术，其目标是使受功率限制的终端设备(如基于电池的设备)能够长时间运行，并以低速率与几公里外的网关进行通信。低功率广域网技术极大地提升了物联网的连接性能，扩展了物联网的覆盖范围，为公共事业服务、工业控制等垂直行业提供了广阔的应用前景和实用价值。该技术已广泛应用于安防、交通、物流、工业、家居和农业等领域。
3、在5g建设不断深入的背景下，低功耗广域网进一步推动了“人、机、物”全要素相互连接的进程，为各行各业的数字化赋能提供支持，助力实现万物互联的愿景。目前，低功率广域网技术包括nb-iot、weightless-p、sigfox和lorawan等多种选择。其中，lorawan具备最远的通信距离和最低的功耗，并采用开放的数据标准，用户可以根据需求自行布置网络，无需向运营商支付费用。因此，近年来l
4、近年来，人们在lorawan及其物理层标准lora的性能提升方面付出了巨大的努力。这些努力包括通信范围的扩展、多址访问机制的改进、冲突解决。此外，还基于lora/lorawan开发了许多创新应用，包括目标定位、远程传输和聚合查询。
5、然而，除了上述关于性能提升和应用开发的研究外，lora/lorawan的安全性也是一个重要的研究问题。尽管计算机通信面临着常见的威胁，如干扰重放攻击、模仿攻击和密钥泄露攻击，但对于隐秘信道攻击的讨论却很少。
6、隐秘信道可以打破计算机系统的逻辑保护，泄露机密或敏感信息，这一直是网络研究界关注的安全问题。最近的研究表明，合作方的伙伴可以使用“隐秘”信道来增强合法应用程序的通信，而不是由攻击者用来损害计算机安全。这进一步拓宽了隐秘信道的潜在应用。
7、尽管如此，在低功耗广域网环境下，隐秘信道的设计和实现还没有得到广泛的讨论。目前在lora上最先进的隐秘信道是cloaklora，它使用on-off keyying(ook)来调制lora振幅的信息。然而，cloaklora的通信范围有限，因为ook对噪声没有鲁棒性。此外，cloaklora还通过衰减传输功率来产生不同的符号，由于ism频段的功率限制以及功率衰减，cloaklora的通信范围被极大地限制，只能实现250米的通信范围。
8、为了提高隐秘信道的性能和通信范围，需要创新性的想法和研究。通过改进调制方案、增强噪声鲁棒性和优化传输功率控制，可以提高隐秘信道在lorawan中的可靠性和覆盖范围。此外，还可以探索其他调制技术和信道编码方法，以进一步改进隐秘信道的性能。
9、面对这一情况，一种利用css扩频调制方法调制lora幅度鲁棒快速隐秘信道构建方法的应用研究有着较大的研究意义，可以很好地推动通信中隐秘信道传输额外信息或攻击的应用，实现通信速率与鲁棒性的提升。
技术实现思路
1、本专利技术关注了低功耗广域网的物理层调制解调方法，提出了一种鲁棒快速的隐秘信道，该信道是建立在物理层的幅度调制解调的基础上的。本专利技术使用原本应用于频率域的css啁啾扩频调制，创新性地将其应用于lora信号的幅度上，实现了隐秘信道的构建。本专利技术针对该种隐秘信息调制的方法设计了解调方法，利用共享相位的信息实现了虚部的生成，从而实现了在一定噪声背景下实现信息的恢复与提取。本专利技术设计了一种利用css扩频调制方法调制lora幅度的鲁棒快速的隐秘信道构建方法：使用实部信息嵌入信号功率幅度中，并在接收端恢复出虚部信息，利用类似经典啁啾扩频解调方法进行解调，实现对噪声容限的突破。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、应用css扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，包含以下步骤：
4、(1)通过啁啾扩频调制css方法实现隐秘啁啾信号的生成，并对隐秘啁啾信号取实部作为待嵌入的隐秘信号；
5、(2)设计隐秘信号帧结构为同步位与数据内容，即隐秘信号的帧结构为同步位sync wor d与数据内容payload，均由css chirp组成；
6、(3)将隐秘信号嵌入lora合法信道的功率幅度中，使信号同时携带合法信息与隐秘信息；
7、(4)根据合法信号的同步位sync word定位数据包，根据隐秘信号的同步位syncword对齐数据包；
8、(5)利用隐秘信号的接收机对信号采样，并提取出信号幅度，从而得到隐秘信号的实部；
9、(6)根据隐秘信号的实部，利用共享相位的信息，生成隐秘信号的虚部；
10、(7)通过得到的实部和虚部，利用类似经典啁啾扩频解调方法进行解调，实现对噪声容限的突破，从而在噪声背景下解调出隐秘信息；
11、(8)对隐秘信号解调过程中的信息损失进行分析，即分析信息的损失对最终隐秘信息的解调的影响，并证明该影响在隐秘信道的条件下可以被接受，最终完成鲁棒快速隐秘信道的构建。
12、进一步的，步骤(1)中，所述的隐秘啁啾信号的生成具体步骤包括：给定css隐秘信号参数，包括带宽bw，扩频因子sf，利用啁啾chirp信号生成方法生成隐秘信号；所述的对隐秘啁啾信号取实部作为待嵌入的隐秘信号，具体步骤包括：将隐秘啁啾信号时域的信号，取实部，丢弃虚部，作为待嵌入的隐秘信号。
13、进一步的，步骤(2)中，所述的同步位sync word包含一个标准的up-chirp的实部和一个标准的down-chirp的实部的相反数，由于所述的标准的up-chirp和down-chirp的实部是完全相同的，所以设置为down-chirp的相反数作区分；所述的数据内容payload为不同起始频率位置的chirp的实部，以代表不同的隐秘信息。
14、进一步的，步骤(3)中，所述的将待嵌入的隐秘信号嵌入lora合法信道的功率幅度中，具体步骤包括：将合法信号的幅度从时域上原本的恒定常数，变为与待嵌入的隐秘信号相同的波形，最终实现频率上携带合法信息，幅度上携带隐秘信息。
15、进一步的，步骤(4)中，所述的数据包的定位与对齐过程包括如下步骤：
16、①根据合法信号的每个数据包中原始合法信息的同步位sync word定位数据包，与本地生成的模板进行自相关操作，得到兼具合法信息与隐秘信息的数据包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.应用CSS扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用CSS扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的隐秘啁啾信号的生成具体步骤包括：给定CSS隐秘信号参数，包括带宽BW，扩频因子SF，利用啁啾chirp信号生成方法生成隐秘信号；所述的对隐秘啁啾信号取实部作为待嵌入的隐秘信号，具体步骤包括：将隐秘啁啾信号时域的信号，取实部，丢弃虚部，作为待嵌入的隐秘信号。
3.根据权利要求1所述的应用CSS扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的同步位sync word包含一个标准的up-chirp的实部和一个标准的down-chirp的实部的相反数；所述的数据内容payload为不同起始频率位置的chirp的实部，以代表不同的隐秘信息。
4.根据权利要求1所述的应用CSS扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的将待嵌入的隐秘信号嵌入LoRa合法信道的功率幅度中，具体步骤包括：将合法信号的幅度从时域上原本
5.根据权利要求1所述的应用CSS扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的数据包的定位与对齐过程包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的应用CSS扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，所述的定位数据包的过程通过交叉相关进行；所述的数据包对齐的过程使用GPU进行加速计算。
7.根据权利要求1所述的应用CSS扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的利用隐秘信号的接收机对信号采样，并提取出信号幅度，具体步骤包括：对信号中的I、Q信号进行采样，并对I、Q信号进行平方和操作得到信号功率幅度。
8.根据权利要求1所述的应用CSS扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(6)中，所述的生成隐秘信号的虚部，具体步骤包括：根据任何信号的实部和虚部拥有相同的相位，通过数学方式得到隐秘信号实部的相位，并通过三角函数方法得到具有信息损失的虚部。
9.根据权利要求1所述的应用CSS扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(7)中，所述的利用类似经典啁啾扩频解调方法进行解调，具体步骤包括：采用啁啾扩频调制的标准解调方法de-chirping，将实部信号与虚部信号两者组成的信号与本地生成的模板中对应的down-chirp信号对应相乘，并进行下采样以及FFT操作，实现对噪声容限的突破，从而在噪声背景下解调出隐秘信息。
10.根据权利要求1所述的应用CSS扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(8)中，对隐秘信号解调过程中的信息损失进行分析，具体步骤包括：分析信息的损失对最终隐秘信息的解调的影响，提出针对该场景下的估计误差estimation error与解调误差decoding error并计算，证明该影响在隐秘信道的条件下可以被接受。
...【技术特征摘要】
1.应用css扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用css扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的隐秘啁啾信号的生成具体步骤包括：给定css隐秘信号参数，包括带宽bw，扩频因子sf，利用啁啾chirp信号生成方法生成隐秘信号；所述的对隐秘啁啾信号取实部作为待嵌入的隐秘信号，具体步骤包括：将隐秘啁啾信号时域的信号，取实部，丢弃虚部，作为待嵌入的隐秘信号。
3.根据权利要求1所述的应用css扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的同步位sync word包含一个标准的up-chirp的实部和一个标准的down-chirp的实部的相反数；所述的数据内容payload为不同起始频率位置的chirp的实部，以代表不同的隐秘信息。
4.根据权利要求1所述的应用css扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的将待嵌入的隐秘信号嵌入lora合法信道的功率幅度中，具体步骤包括：将合法信号的幅度从时域上原本的恒定常数，变为与待嵌入的隐秘信号相同的波形，最终实现频率上携带合法信息，幅度上携带隐秘信息。
5.根据权利要求1所述的应用css扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的数据包的定位与对齐过程包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的应用css扩频调制于幅度的鲁棒快速隐秘信道构建方法，其特征在于，所述的定位数据包的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘博雅，顾超杰，贺诗波，陈积明，史治国，舒元超，孙优贤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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