[发明专利]一种中继窃听信道下基于极化码的安全编码方法

说明书

本发明公开了一种中继窃听信道下基于极化码的安全编码方法，包括：节点A将其逻辑信道划分为三个集合，其中，第一个集合为对节点R、节点B及节点E均表现出无噪性质的逻辑信道集合P；第二个集合为对节点B表现出无噪性质，同时对节点E表现出全噪性质的逻辑信道集合U；第三个集合为对节点R表现出无噪性质，同时对节点B表现出全噪性质的逻辑信道集合K；节点A将私密信息分为三个信息段msubgt;1/subgt;,msubgt;2/subgt;,msubgt;3/subgt;，将信息段msubgt;2/subgt;,msubgt;3/subgt;分别放置到集合U及集合K所代表的逻辑信道中进行编码，将信息段msubgt;1/subgt;进行耦合加密处理，得密文c，然后将密文c放置在集合P所代表的逻辑信道中进行编码，得编码后的码字Xsubgt;A/subgt;，该方法能够有效提高系统的安全传输速率。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种中继窃听信道下基于极化码的安全编码方法。

背景技术

1975年，Wyner提出了离散无记忆窃听信道模型。在该模型中，发送者Alice和合法接收者Bob之间通过主信道传输秘密消息M，而窃听者Eve通过另一个被称作窃听信道的信道获取合法用户之间传输的消息Z，二者通过译码估计秘密消息Wyner在提出窃听信道模型的同时，证明了在合法信道质量优于窃听信道质量的条件下，存在一种编码方法可以使合法通信双方无需共享密钥就能以低差错概率接收信息，并且窃听者得到的信息为0，物理层安全编码由此诞生。其在本质上是一种与传输信道“绑定”，并同时具备可靠性和安全性的信道编码技术，能够将信道差异性直接转化为接收者译码能力的差异，在不影响合法用户可靠译码私密信息的同时，达到对窃听者“私密信息零陷”的效果。

极化码作为一种新型编码方法，在安全编码技术中也得到了很好的应用。ErdalArikan教授在2008年召开的IEEE信息论国际会议上首次提出了信道极化的概念，并在此基础上创造性地提出了一种新型信道编码方式——极化码。极化码的思想是在编码侧对输入比特采用特定的递归线性变换，而在译码侧则以特定的顺序进行连续消除译码，恢复传输信息。Arikan发现通过上述操作之后，发生了信道极化现象，即一些比特所看到的等效比特信道要优于原始比特信道，而另一些比特看到的则比原始比特信道差。当码长逐渐增加时，这些看到的等效比特信道会趋近于完全无噪的比特信道，或趋近于完全噪声的比特信道，并且趋于完全无噪的比特信道占总体比特信道的比例趋近于信道容量。

正是上述种种特性，使得极化码在物理层安全编码领域具有独特的优势。目前已有的基于极化码的安全传输方法是利用极化逻辑信道质量的划分，将私密信息映射到合法逻辑信道质量“好”而窃听逻辑信道质量“差”的输入位上，而在两者质量都“好”的输入位上传输随机信息，在两者质量都“差”的输入位上传输已知的固定信息，从而实现信息的安全传输。

对于有限码长的情况下，信道极化现象不完全，即有一部分逻辑信道信道容量位于中间区域，这部分逻辑信道既不能保证传输的可靠性，也不能保证传输的安全性，所以这些逻辑信道无法承载私密信息，造成该方法的安全传输速率处于一个较低的水平。因此需要一种新型传输技术，提高系统的安全传输速率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种中继窃听信道下基于极化码的安全编码方法，该方法能够有效提高系统的安全传输速率。

为达到上述目的，本发明所述的中继窃听信道下基于极化码的安全编码方法，包括：

中继窃听通信系统包括发送者Alice、中继节点Relay、窃听者Eve及合法接收者Bob，其中，将发送者Alice作为节点A，将中继节点Relay作为节点R，将窃听者Eve作为节点E，将合法接收者Bob作为节点B；