本发明专利技术公开了一种基于双矩阵变换的OFDM系统物理层安全算法，包括物理层加密算法和物理层解密算法；首先以混沌序列的初值作为种子密钥，在其控制下产生两个复对角密钥矩阵，然后对星座映射后的符号向量乘以一个密钥对角矩阵，然后对其做IFFT变换，对IFFT变换的输出向量再乘以另外一个不同或相同的密钥对角矩阵，实现物理层加密。理论分析和仿真实验结果表明，本发明专利技术不仅能够抵抗明文密文对攻击以及其它方式的攻击，而且比传统的链路层安全算法简单，能够适应下一代无线通信宽带化和融合化的实际要求，可以有效保护数据、空中接口以及无线链路的安全；同时算法对系统的原有性能几乎没有任何影响。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于双矩阵变换的OFDM系统物理层安全算法，包括物理层加密算法和物理层解密算法；首先以混沌序列的初值作为种子密钥，在其控制下产生两个复对角密钥矩阵，然后对星座映射后的符号向量乘以一个密钥对角矩阵，然后对其做IFFT变换，对IFFT变换的输出向量再乘以另外一个不同或相同的密钥对角矩阵，实现物理层加密。理论分析和仿真实验结果表明，本专利技术不仅能够抵抗明文密文对攻击以及其它方式的攻击，而且比传统的链路层安全算法简单，能够适应下一代无线通信宽带化和融合化的实际要求，可以有效保护数据、空中接口以及无线链路的安全；同时算法对系统的原有性能几乎没有任何影响。【专利说明】—种基于双矩阵变换的OFDM系统物理层安全算法
本专利技术涉及无线通信系统安全
，尤其是涉及一种基于双矩阵变换的OFDM系统物理层安全算法。
技术介绍
众所周知，无线通信环境是非常不安全的，面临着非法基站、窃听以及重放等各种攻击，同时网络的融合，更使的攻击方式复杂化和多样化。但是目前的主要安全方式仍然是以AES、RSA以及ECC为代表的链路层安全算法，面对下一代无线通信的融合化和信息接入速率的大幅提高，这些算法表现出的最大缺点就是计算量大，复杂度高，实现困难，由于其在链路层实现数据加密，所以也不能对无线空中接口提供保护。物理层安全机制是通过有效利用无线传输的干扰环境，在物理层设置安全机制，使得攻击者难以获取正确的密文来实现安全，而传统的安全机制是通过增加密钥长度，增加算法复杂度来实现安全。容易看出物理层安全能够更好利用无线通信环境，具备在较低复杂度情况实现安全的能力，同时还可以方便的保护空中接口和调制方式，所以具有良好的发展前景。而OFDM调制又是下一代宽带无线通信系统首选的技术，所以基于OFDM特点的物理层安全算法以其很大的优势越来越得到人们的关注与重视。目前人们已经提出了一些基于OFDM特点的物理层安全算法，其中比较重要的主要包括如下几种算法:(I) 一种是利用干扰矩阵扰乱OFDM通信系统中符号的位置，实现数据加密，其加密过程等同于置换算法；(2) —种是通过密钥控制的相位旋转和随机插入噪声两次保密措施实现OFDM通信系统中信息的安全保密工作，但是该物理层加密方案是一种串行加密体制，不适合高速率的通信系统；(3) —种隐藏OFDM方法(MOFDM)，本质上是通过叠加一种密钥控制信号，破坏原信号的正交性，使系统的解调过程病态化，实现数据的保护，但是该算法的安全性很差；(4)通过构造数量庞大的正交矩阵族，以此作为密钥，在实现数据加密的同时，降低系统的峰均比，但其密钥太长且存储不便是。综合分析以上算法，发现他们存在一个共同的缺陷，就是只要得到一组正确的明文密文对，就可以很容易的得到其算法的密钥，从而使其算法失效，不能抵抗明文密文对攻击，这就是说明这些算法存在严重的安全漏洞。所谓明文密文对攻击，就是指攻击者在已知一组或多组明文密文对时，可以在有效时间内，计算出密码算法的密钥，从而使密码失效。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种基于双矩阵变换的OFDM系统物理层安全算法，不仅能够抵抗明文密文对攻击，而且对系统的原有性能几乎没有任何影响，可以有效保护无线链路的安全。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是:一种基于双矩阵变换的OFDM系统物理层安全算法，包括物理层加密算法和物理层解密算法；所述物理层加密算法包括如下步骤:S1、设置各种参量,如OFDM系统的子载波数N、循环前缀长度CP、每个子载波上的符号数；S2、将系统输入的二进制信息序列，经过串并变换、星座映射后，转化成复数向量C，C= T，其中[]τ表示对矩阵的转置，作为加密算法中的明文；S3、设置密钥矩阵M1，使其与之相乘，改变了符号向量中一定数量的元素，得到E矩阵，即:E = M1.Ct = (e1； e2, e3, L en),从而完成了一次加密运算；S4、对频域信号E进行IFFT变换，即F = IFFT (E)，得到时域信号:【权利要求】1.一种基于双矩阵变换的OFDM系统物理层安全算法，其特征在于，包括物理层加密算法和物理层解密算法； 所述物理层加密算法包括如下步骤: .51、设置各种参量:0FDM系统的子载波数N、循环前缀长度CP、每个子载波上的符号数； .52、将系统输入的二进制信息序列，经过串并变换、星座映射后，转化成复数向量C，C=T，其中[]τ表示对矩阵的转置，作为加密算法中的明文； .53、设置密钥矩阵M1，使其与之相乘，改变了符号向量中一定数量的元素，得到E矩阵，即:E = M1.Ct = (e1； e2, e3, L en),从而完成了一次加密运算； . 54、对频域信号E进行IFFT变换，即F= IFFT(E)，得到时域信号: 【文档编号】H04L9/00GK103427980SQ201310337275【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日 【专利技术者】高宝建, 汪俊, 邢天璋, 任宇辉, 徐捷, 吴谦 申请人:西北大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于双矩阵变换的OFDM系统物理层安全算法，其特征在于，包括物理层加密算法和物理层解密算法；所述物理层加密算法包括如下步骤：S1、设置各种参量：OFDM系统的子载波数N、循环前缀长度CP、每个子载波上的符号数；S2、将系统输入的二进制信息序列，经过串并变换、星座映射后，转化成复数向量C，C＝[c1，c2，c3，Λ?cn]T，其中[]T表示对矩阵的转置，作为加密算法中的明文；S3、设置密钥矩阵M1，使其与之相乘，改变了符号向量中一定数量的元素，得到E矩阵，即：E＝M1·CT＝(e1，e2，e3，L?en)，从而完成了一次加密运算；S4、对频域信号E进行IFFT变换，即F＝IFFT(E)，得到时域信号：F(k)=IFFT(E)=1NΣn=0N-1e(n)WN-nk,0≤k≤N-1;S5、将密钥矩阵M2与IFFT变换之后的F向量相乘，得到Y向量，即：Y＝M2·F＝[y1，y2，y3，L?yn]，此时的Y向量就是对原始信息加密后的数据信息，即加密算法所得到的的密文；S6、对密文Y进行并串变换，然后加入循环前缀、D/A等处理，送入无线信道中传输；所述物理层解密算法包括如下步骤：Q1、从无线信道中接收信号并进行正常接收处理；Q2、对经过S1处理过的信号，去除循环前缀，A/D等处理，经串并变换得到向量；Q3、将向量与密钥矩阵M2的逆矩阵相乘后得到向量即：F‾=M2-1·Y‾=y‾1,y‾2,y‾3,Ly‾n即完成第一次解密运算；Q4、对信号进行FFT变换，即E‾=FFT(F‾),得到频域信号：E‾(k)=FFT(F‾)=Σn=0N-1y‾(n)WNnk,0≤k≤N-1;Q5、将S4得到的频域信号和密钥矩阵M1的逆矩阵矩阵相乘得到矩阵即完成解密运算；Q6、对矩阵进行逆星座映射，经并串变换后，即可得到加密算法中的明文。FSA0000093477900000021.tif,FSA0000093477900000022.tif,FSA0000093477900000023.tif,FSA0000093477900000024.tif,FSA0000093477900000026.tif,FSA0000093477900000029.tif,FSA00000934779000000210.tif,FSA00000934779000000211.tif...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高宝建，汪俊，邢天璋，任宇辉，徐捷，吴谦，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：
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