[发明专利]一种基于Spinal码的无比率安全编码方法

说明书

本发明公开了一种基于Spinal码的无比率安全编码方法，具体包括：1)系统参数初始化；2)将待传输信息进行随机扰码；3)进行Spinal编码；4)QAM调制；5)将调制后的信号输入无线信道；6)Bob端和Eve端的解调器对接收的信号进行解调；7)Bob端和Eve端的译码器对解调信号进行译码；8)Bob端和Eve端对信息解扰；9)计算Bob端和Eve端的误码率。所述方法加入了窃听信道和随机编码两种方式来保证信息传输的安全性，同时在小幅增加编码复杂度的情况下，提升了在突发干扰情况下的数据传输的可靠性能。

技术领域

本发明涉及无线通信、信道编码及保密通信技术领域，特别是涉及一种基于Spinal码的无比率安全编码方法。

背景技术

随着物联网时代的到来，保证海量数据实时、可靠、安全的传输，一直是无线通信技术追求的目标。作为信息安全的重要组成部分，物理层安全技术从物理层着手利用信道特性保护需要传输的信息，与现有密码学技术的结合使用能够极大增强现有无线通信的安全性。

物理层安全技术中，为获得优越的有效、可靠与安全性能，发射端需事先知道与接收端的信道状态信息，但面对当前越来越复杂的通信环境，很多情况下发射端难以预先获知准确的信道状态信息，为了适应这种环境，无速率码应运而生，无速率码具有自适应信道环境的特性，可适用于各种无衰落和有衰落的噪声信道，是一种高效又可靠的差错控制编码技术，现已被应用于各类无线通信系统中。

Spinal码是一种新型的无速率编码方法，它具有良好的吞吐性能，可以自适应无线网络环境，根据信道状态选择合适码率进行传输的编码方法。与经典的Raptor等无速率码不同，Spinal码能够在低码长、低信噪比下获得接近香农信道容量的良好性能，且其能同时适用于删除信道、加性高斯信道和衰落信道。且Spinal码是非线性码，它的编码只使用哈希函数，就可以产生好的编码符号序列，编码与译码方法简单，是一种前景非常广阔的无速率码。

发明内容

本发明提供了一种基于Spinal码的无比率安全编码方法，目的是在保证无线通信系统的可靠性与有效性的前提下，进一步提升通信安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于Spinal码的无比率安全编码方法，所述无线数据安全编码方法依托的模型基于Wyner窃听信道模型，主信道与窃听信道均为删除信道、高斯信道或衰落信道，其信道参数分别为h_b和h_e，附加的噪声向量分别为n_b和n_e。Alice端包含S随机码生成器、Spinal编码器和QAM调制器；Bob端包含QAM解调器、Spinal译码器和解随机扰码器；Eve端包括QAM解调器、Spinal译码器和解随机扰码器。

所述无线数据安全编码方法，包括如下步骤：

步骤1、系统参数初始化，具体为：Alice端初始化，又包括如下子步骤：

步骤1.1、Alice端的S随机码生成器生成随机码序列存储空间；

步骤1.2、Alice端的Spinal编码器设置Spinal编码每组信息比特位数k、编码后比特位数n、RNG后每个子块中比特位数c，编码后每个符号比特数p、初始spine值s₀；

步骤1.3、Alice端的Spinal编码器生成Spinal编码采用的hash函数；

步骤1.4、Alice端的Spinal译码器定义Spinal译码的路径度量搜索宽度L。

步骤2、Alice端的随机码生成器将待传输的信息比特进行随机扰码，生成随机扰码后的序列；

其中，待传输的信息比特，记为u；生成随机扰码后的序列，记为m；