基于压缩感知理论的安全数据传输方法技术

本发明专利技术涉及一种利用压缩感知理论实现安全数据传输的方法。目前压缩感知理论还未应用于保障数据通信过程中源端与目的端之间数据传输的安全性。本发明专利技术源端利用随机投影矩阵和随机向量加密，而目的端利用随机投影矩阵的左零矩阵的子矩阵进行解密，从而可以重构出需要传递的数据。利用信息论中的互信息属性可以证明，本发明专利技术中涉及到的数据传输方法具有完善保密性，即该方法对于唯密文攻击是安全的。该方法既适用于单点对单点通信的场合，也适用于多点对单点通信以及多点对多点通信的场合。尤其是当数据源端与目的端的计算能力不对称时（如物联网、无线传感器网络等应用领域），本方法将具有更大的优势。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
基于压缩感知理论的安全数据传输方法，其特征在于：整个方案包括源端数据加密和目的端数据解密两个阶段；源端与目的端之间共享密钥K，其中不同的源端、目的端组合之间的共享密钥K不同；源端数据加密阶段包括以下具体步骤：1）源端判断自身是否存在投影矩阵Am×n，如果不存在执行步骤2），否则执行步骤3）；2）源端利用共享密钥K作为种子生成投影矩阵Am×n；3）源端生成n维随机向量rn；4）源端将需发送至目的端的数据填充至m维向量xm；5）源端利用投影矩阵Am×n、随机向量rn加密需发送至目的端的数据xm，即计算Am×n×rn+xm，生成m维数据向量ym；6）源端将加密数据ym发送至目的端；目的端数据解密阶段具体包括以下步骤：a)目的端接受源端发送的加密数据ym；b)目的端判断自身是否存在投影矩阵Am×n，如果不存在执行步骤c），否则执行步骤d）；c)目的端利用共享密钥K作为种子生成投影矩阵Am×n；d)目的端计算投影矩阵Am×n的左零矩阵Hm×m，即计算I？A(ATA)？1AT，其中I为m×m维单位矩阵，AT为矩阵A的转置，(ATA)？1为矩阵ATA的逆矩阵；所得的左零矩阵Hm×m满足性质Hm×m×Am×n=0m×n；e)目的端取左零矩阵Hm×m的前k行，生成感知矩阵Hk×m，其中，为上取整运算符号，s为数据的稀疏度，可由需传输数据的应用领域根据经验预先设置；f)目的端根据感知矩阵Hk×m和加密数据ym计算k维向量y′，即y′=Hk×m×ym=Hk×m×(Am×n×rn+xm)=？Hk×m×xm；g)目的端利用最小l0范数优化方法，由y′？=？Hk×m×xm重构数据向量xm，从而得到源端需发送至目的端的数据。FDA0000226377691.jpg,FDA0000226377692.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李国瑞，王颖，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：