[发明专利]一种低复杂度和低时延的安全传输方法

说明书

本发明公开了一种低复杂度和低时延的安全传输方法，在边缘计算系统中，为了提高数据传输的保密性，边缘计算设备需要在信号发射之前进行信号安全编码，本发明采用Wyner安全编码方案，边缘计算设备对码字参数进行线下设计优化，设计的编码参数依赖于合法通信链路和非法通信链路的统计信道信息。在整个边缘计算安全传输过程中，码字速率参数保持不变。在能量受限的边缘计算网络中，边缘计算设备Alice同时为保密服务终端Bob和公开服务终端PR提供服务，公开信号与保密信号彼此之间进行功率协作，在满足公开服务质量的基础上最大化边缘计算系统的安全吞吐量。本发明设计简单且计算复杂度低，适用于多媒体视频数据传输等通信场景。

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别是涉及一种低复杂度和低时延的安全传输方法。

背景技术

千亿级别规模的设备连接场景中基于密码技术的安全机制导致密钥分发、管理的复杂度急剧增加，这使得高速传输、低时延和高安全的需求在经典的基于密码的安全体制下难以保证。同时，超高连接密度的廉价无线传感器节点通常由存储容量有限的电池进行供电，终端电池续航时间已经成为制约未来通信业务发展的瓶颈，支持以复杂计算为代价的高安全经典安全机制成为不可能。

作为经典密码机制的安全保护补充策略，物理特征安全技术不需要收发两端提前共享密钥，也不需要关注窃听者是否具有强大的计算能力，其满足了Shannon的“一次一密”加密条件，是安全强度最高的加密方法，能够进一步增强无线通信系统的安全性能。这使得它非常适用于缺乏基础设施支持的分散无线网络和具有动态拓扑的移动无线网络。

大多数物理特征安全研究并未考虑无线网络中各个节点的空间位置分布和大尺度的路径损耗。网络节点的随机位置分布严重影响系统的安全传输性能，研究无线网络中各个节点的空间分布是极其重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低复杂度和低时延的安全传输方法，在满足公开服务质量的前提下提高数据传输的保密性，通过对发射功率分配及安全编码速率进行合理选择，使得边缘计算系统安全容量最大化，具有设计简单且计算复杂度低的优势。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低复杂度和低时延的安全传输方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.建立安全传输模型：

设位于坐标原点的边缘计算设备Alice配置N根发射天线，分别发射保密信号和公开信号到单天线保密服务终端Bob和单天线公开服务终端PR；随机分布的非法终端作为窃听者潜伏在边缘计算设备附近偷听保密信号，假设非法终端的位置分布服从二维齐次泊松点过程Φ_E，密度为λ_E；无线信道建模为独立同分布瑞利衰落和大规模路径损失，其中路径损失因子表示为α,α≥2；Alice到Bob、PR和第k个非法终端Eve的信道表示为和其中，h_B，h_P和h_k是相互独立的小尺度衰落信道，信道向量元素服从独立同分布的复随机变量d_B，d_P和d_k分别表示Alice到Bob、PR和第k个非法终端的距离；

S2.边缘计算设备Alice利用最大比传输方案发射保密信号设计保密信号的传输方向为：

w_B＝h_B/||h_B||₂

S3.为了使公开信号不影响保密通信链路Alice-Bob性能，同时匹配公开信号传输链路，边缘计算设备Alice设计公开信号传输方向w_p：

S4.边缘计算设备Alice的发射信号建模为：