[发明专利]一种基于喷泉编码的保障无线数据安全传输方法

说明书

技术领域：

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于喷泉编码的保障无线数据安全传输方法，其利用喷泉码技术降低无线数据传输过程中窃听用户的截获概率并且提高发送端的传输效率。

背景技术：

与电缆通信系统相比，无线通信网络的开放性使得其安全传输问题更加棘手，这是因为窃听者易于窃听到无线设备端的机密数据。针对无线网络中窃听者存在的潜在安全风险性，现有的高层网络协议层采用加密技术确保数据不被窃听，然而加密技术的实现是基于窃听者计算能力受限的假设，而当窃听用户端的计算能力不受限，则安全性无法保障。此外，密钥管理机制对于动态无线网络来说也是难于实现的。

与此同时，喷泉码作为一种备受关注的新兴可靠传输技术，其采用随机编码的方式，源源不断产生新的喷泉码符号，每个新喷泉码符号对接收端而言都携带一定有用信息，用户接收到足够喷泉码符号并正确收译码后，发送端才停止编码，于是相对于编码前就确定码率的前向纠错码来说，喷泉码的码率是不固定的，喷泉码又称无速率码。因此在无线传输的发送端引入喷泉码后，通过利用喷泉码编码过程中的两个可控参数(度及所选信息包的序号)，设计有利于提升合法用户译码速率的校验包编码方案，从而保证合法用户端先于窃听端解码成功。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于喷泉编码的保障无线数据安全传输方法，该传输方法可以有效地降低窃听用户的截获概率并且提高发送端的传输效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现的：

一种基于喷泉编码的保障无线数据安全传输方法，在无线数据传输之前，发送端首先将待传输数据流划分为彼此相关联的k个信息包，该方法包括以下步骤：

1)每个时隙发送端采用喷泉码编码方法完成一个校验包的编码过程；

2)发送端产生的校验包经过数据链路层的CRC编码以及物理层的信道编码后经合法信道发送给合法用户，此时位于无线环境下的窃听用户能够窃听到当前时隙传输的校验包信息；

3)当经合法信道丢包时，已解码信息包序号集合D不更新；而当不丢包时，合法接收端完成接收校验包的置信传播迭代译码操作，当正确译码后更新已解码信息包序号集合D并向发送端反馈更新后的已解码信息包序号集合D；合法接收端判断已成功解码信息包的个数是否为k，并根据该信息决定是否告知发送端停止继续发送校验包。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中的喷泉码编码方法的具体步骤如下：

1-1)发送端首先根据前一时隙合法接收端反馈回的已成功解码信息包序号集合确定未成功解码信息包序号集合，如下所述：

设k个信息包组成的序列集合为I＝{s₁,s₂,...,s_k}，前一时隙合法接收端反馈回的已解码信息包序号集合为D，则有未解码信息包序号集合U为：

U＝C_ID

即U表示I中D的补集；

1-2)从未解码信息包序号集合U中随机选取一个信息包，假设记为s_c；将已解码信息包序号集合D中信息包全部取出，记为s_i,...,s_j，则第p个时隙输出校验包为：

即将s_i,...,s_j与信息包s_c进行异或操作。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中接收校验包的置信传播迭代译码操作具体步骤如下：

3-1)截止到当前时隙，在合法接收端的所有校验包中，找到度为1的校验包易知即该校验包只与一个信息包s_n相连；若无度为1的校验包，则该时隙解码过程终止，即已解码信息包序号集合未发生改变；若存在度为1的校验包，则进入步骤3-2)和3-3)；

3-2)令将信息包s_n与所有和信息包s_n有联系的其他校验包进行异或，然后删除所有校验包与信息包s_n的联系；

3-3)更新已解码信息包序号集合D，即将信息包s_n加入更新后的已解码信息包序号集合D中。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：