[发明专利]一种退化窃听信道中基于加密极化编码的信息传输方法

说明书

本发明实施例提供了一种退化窃听信道中基于加密Polar编码的信息传输方法、装置、可读存储介质及计算设备，使得非法窃听方的接收性能达到更好的恶化的效果，提升了通信的安全性。方法包括：获取退化窃听信道信息；根据信道信息，确定对接收方无噪而对窃听方全噪的第一信道集合，以及对接收方和窃听方均为无噪的第二信道集合；其中，第一信道集合用于传输密钥，第二信道集合用于传输随机序列；当确定密钥的长度小于随机序列长度时，确定出使得窃听方在第二信道的Polar码的误码率最大的信道加密干扰位置；根据使得窃听方在第二信道的Polar码的误码率最大的信道加密干扰位置和所述密钥，加密随机序列；根据Polar码编码密钥和随机序列；将编码结果发送给接收方。

技术领域

本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种退化窃听信道中基于加密极化(Polar)编码的信息传输方法、装置、可读存储介质及计算设备。

背景技术

当窃听信道的噪声比主信道的噪声大时，我们将此时的窃听信道称之为退化窃听信道。在Wyner提出的窃听系统的模型基础上，将Polar码应用于退化窃听信道的模型如图1所示。在此模型中，W'是W的退化信道，且W和W'均为对称信道。其中U是信源用户Alice发送的信息序列，X是U经过Polar编码得到的编码码字，Y和Z分别是X经过W和W'传输后输出的序列，和分别合法接收用户Bob和非法窃听用户Eve译码后最终获取的信息估计序列，C_M和C_W分别表示表示W与W'的信道容量。

退化窃听信道模型在经过了信道极化之后所产生的比特信道一共可以分为三类，对Bob和Eve均为全噪的信道集合A_F，用来传输固定比特；对Bob无噪而对和Eve来说的全噪信道集合A_S，用来传输有效信息比特；对Bob和Eve均为无噪的比特信道集合A_R，用来传输随机序列。其中A_S、A_R、A_F三者不相交，并且满足在进行Polar码的构造的时候，我们就选择A_S中的比特信道来传输信息，我们将这一部分的信息位集合称之为安全位，若A_m和A_w分别表示W和W'的信息位，即A_S＝A_m-A_w，A_S所对应的比特信道我们将其称之为安全比特信道。已有文献证明了在窃听信道是退化版的主信道的条件下，A_S一定存在。

极化之后各类比特信道在编码时的应用如图2所示，根据图2所示方法，将编码后的码字X分别通过主信道传送给合法接收者Bob，通过窃听信道传送给非法窃听方Eve。由于Bob传输信息的子信道是好信道，因此Bob最终得到的信息估计序列质量很高。相反，用来传输信息的子信道对于Eve来说为差信道，因此对序列Z进行译码之后的信息序列的质量很差，无法获取到有用的信息，使得通信的安全得到了保障。

在结合密钥的Polar安全编码方案中，利用A_S中所传输信息当作密钥，利用密钥对余下所要传输的信息加密后，通过A_R发送。A_F中发送固定序列。图3表示的是该方案中比特信道的分类情况。结合加密算法的Polar安全编码方案模型则如图4所示。

在该方案中，在发送信息时，先根据信道特性得出用来传输秘密信息序列的安全比特信道集合，在安全比特信道中发送秘密信息U中的部分信息U₂,利用U₂对余下要发送的秘密信息U₁进行加密后，将该加密后得到的密文信息M放在前文所述的传输随机序列的信道中传输。