[发明专利]一种基于极化码构造的连续加密物理层安全传输方法

说明书

本发明提出一种基于极化码构造的连续加密物理层安全传输方法，属于安全技术领域。本发明方法通过利用窃听信道模型特征及极化码自身可利用信道特性的性质对构造极化码方法做改进，即通过在合法接收者好而窃听者差的极化子信道集合中放置安全信息比特数据；再利用信道极化后对主信道而言可达到安全传输信息的子信道传输的信息，对非安全区域的信息加密，保证非安全区域的信息安全传输。相对于现有的极化码安全传输方法，增强了频谱利用率的同时还提高了传输速率。

技术领域

本发明涉及一种基于极化码构造的连续加密物理层安全传输方法，属于安全技术领域。

背景技术

由于无线信道的广播性质，处于信号可接收范围内的用户均可以对信号进行接收并进行处理，因此无线通信特别容易受到窃听和模拟攻击。近年来，随着无线通信系统的高速发展，涉及实现信息传播过程中的保密问题受到更多关注，而利用信道状况从物理层实现信息的安全传输也成为物理层安全研究过程中的重要组成部分。20世纪70年代，Wyner基于信息论方法构建了“窃听信道”模型，并分析了在不依赖交换密钥的情况下建立几乎完全安全的通信链路的可能性。物理层安全技术的研究正基于这一模型进行。

极化码是2009年由Arikan提出的一种编码方案，是信道编码历史上第一次一种理论上可达信道容量的编译码方案。2010年，E.Hof等人将极化码应用在窃听信道模型中，从安全通信的角度分析了极化码，之后有数位专家学者研究了极化码在物理层安全传输系统中的应用。极化码在退化窃听信道中的构造充分利用了窃听信道是主信道的退化信道这一特征，由于主信道和窃听信道的极化结果不同，编码过程中仅在主信道为无噪而对于窃听信道为全噪的比特信道传输有用信息，这些用来传输信息的比特信道被称为安全比特信道。安全比特信道的数量取决于窃听信道相对于主信道的退化程度，然而对于一般的窃听信道来说退化程度有限，安全比特信道的数量也是有限的，因此现有的基于极化码的退化窃听信道方案大大限制了信息的传输能力，无法达到较高信息传输速率。

发明内容

针对基于窃听信道的退化特性设计极化码编码的物理层安全方法中存在的信息传输能力弱，即无法达到较高信息传输速率的问题，本发明提出一种基于极化码构造的连续加密物理层安全传输方法，该方法能够保证信息传输的可靠性和安全性，并且极大地提高了现有方案的传输速率，提高了资源利用率。

本发明的实质是通过在合法接收者好而窃听者差的极化子信道集合(保密区间)中放置安全信息比特数据，在合法接收者和窃听者都好的极化子信道集合(公共区间)内放置与安全信息比特数据进行线性处理后的其他信息比特，在合法接收者和窃听者都差的极化子信道集合(冻结区间)放置冻结比特，从而实现连续安全加密的效果。

本发明是通过以下技术方案予以实现：

一种基于极化码构造的连续加密物理层安全传输方法，采用窃听信道模型，发送者Alice发送数据，存在用户Bob为合法接收者，用户Eve为窃听者；窃听信道为主信道的退化信道，即窃听者Eve的信道容量小于主信道的信道容量。

一种基于极化码构造的连续加密物理层安全传输方法，包括以下步骤：

步骤1：对主信道和窃听信道进行极化操作，得到N条子信道，根据主信道与窃听信道的信道条件将N条子信道分为三个集合：子信道集合A、子信道集合B和子信道集合C；

其中，Bob和Eve都可以成功解出的子信道集合A，称之为公共区间，包含子信道个数为n_A；Bob可以解出但Eve不能解出的子信道集合B，称之为保密区间，包含子信道个数为n_B；Bob和Eve都不能成功解出的子信道集合C，称之为冻结区间，包含子信道个数为n_C；