[发明专利]无线通信物理层通信安全的编解码方法

说明书

本发明提出了一种无线通信物理层通信安全的编解码方法，利用本发明能够显著降低信息被窃取的概率。本发明通过下述技术方案予以实现：发送端利用LDPC编码器对消息比特序列进行编码，对发送端相邻码字的部分比特进行比特异或运算得到新的比特序列，BPSK调制器将新生成比特以及未参与运算的校验位比特调制为BPSK符号发送到接收端；接收端BPSK解调器根据接收端LDPC译码器反馈的码字消息位先验信息和信道接收符号，解调出码字校验位的对数似然比LLR值；接收端LDPC译码器计算出消息位LLR值，译码出当前码字的消息位，将码字消息位LLR值反馈回接收端BPSK解调器，如此迭代进行下去，直到译码出所有码字的消息位。

技术领域

本发明涉及信息理论安全领域，尤其是通信信息安全技术领域，主要用于无线通信物理层，保障物理层通信安全的低密度奇偶校验(LDPC)编解码方法。

背景技术

随着计算机信息技术的发展速度日益加快，传统的有线通信逐渐被无线通信所替代。无线通信作为当前的主流通信方式，其开放性的通信方式存在一定的安全隐患，给整个通信的安全性带来较大的威胁。在无线通信系统中，电磁信号传播的广播特性和无线信道的开放特性使得在一定范围内的任意用户都具备接收无线传输信号的能力。由于无线通信中传输介质的信道开放性，信号通过无线电波在空间中任意传播，失去了“有线”的束缚。电磁波传播失去了屏障，这导致无线信号承载的信息更容易被窃听，窃听者不需要很高的技术或设备就能获取通信信息。现阶段，各类网络监听设备和监听手段给通信安全性和保密性带来了严重的损失，涉及商业及军事机密的无线通信安全问题变得越来越重要。根据当前的信息技术特点，通信架构可以分为应用层、传输层、网络层、MAC层和物理层这五层架构。在传统的信息通信中，相关的安全防护技术通常都布置在MAC层以上等高层层面上。传统方法常采用通信加密的方式来确保通信的保密性和安全性。现阶段，物理层安全防护的重视力度要明显弱于通信架构高层。物理层采用的安全防护技术主要通过对信道进行处理和防护，以确保通信信道的安全性和保密性。物理层的作用是将信息转换成适合无线信道传输的形式。发送端主要包括信道编码、数字调制、基带后处理、射频调制等功能模块，接收端对接收到的信号进行相应的恢复，主要包括射频解调、同步与信道估计、数字解调、信道解码等功能模块。由于无线信道的开放性、广播性和衰落性，以及无线信道中广泛存在的各种噪声和干扰，加/解密之间的信道所谓无差错传输的完美信道往往难以成立。在无线通信中用于密钥传输的安全信道也往往难以保证。因此，当物理层不可靠时，仅采用传统加密机制的系统的安全性将有所下降。若物理层对窃听者完全透明，窃听者极易通过无线信道对传输信息进行非法接收。一旦窃听者破译出或通过其他途径知悉了上层信息加/解密的密钥，将严重威胁通信安全。由于无线通信信道固有的广播性、开放性以及传输链路的不稳定性，使得无线通信系统相比于传统的有线通信系统更加容易受到非法用户的侦查、截获和监听，带来传输数据失泄密问题。传统保密手段主要以现代密码学作为理论上的基础，利用加密算法及密钥对信息进行加密。传统的加密算法大多基于现有的计算机无法在短时问内对其进行破解。但是随着计算机计算能力的快速发展和拥有迅速执行巨量复杂的因数分解能力的量子计算机的出现，很多传统的加密方法将不再可靠。此外，传统的分组密码算法或公私钥加密技术往往具有很高的计算复杂性和延时，加解密难以在短时问内完成，很难满足通信时延的要求。