[发明专利]一种弱化窃听信道下基于极化码的安全编码方法

摘要

本发明提供的是一种弱化窃听信道下基于极化码的安全编码方法。1：信道联合和分裂；2：信道排序；3：挑选信息比特信道集合和固定比特信道集合；4：确定安全信道和非安全信道；5：更新“秘钥”；6：得到密文序列；7：生成待编码序列；8：生成编码矩阵；9：编码；10：调制；11：过信道；12：解调；13：译码；14：找出“秘钥”和密文；15：更新“秘钥”；16：得到解密后的非安全信道发送信息的估计序列；17：还原发送端发送的信息序列。本发明采用安全信道发送的信息序列对非安全信道发送的信息加密，使用的加密秘钥是随机的不容易被破解，从而提高了系统的安全性，安全信道和非安全信道都用来发送信息比特节省了信道资源。

主权项

1.一种弱化窃听信道下基于极化码的安全编码方法，其特征是包括如下步骤：步骤1：信道极化对信道采用递归的方法进行极化操作,极化后产生N个独立二进制子信道其中N＝2ⁿ,n∈Z⁺且n≥2；步骤2：信道排序对步骤1得到的信道采用蒙特卡洛方法分别得到各个子信道的信道容量并将信道按照信道容量由大到小降序排列得到排序后信道集合如果信道容量相等按未排序前信道的信道标号大的在前小的在后排序；步骤3：挑选信息比特信道集合和固定比特信道集合选取步骤2得到的排序后信道集合中的3≤k＜N作为信息比特信道集合，用于发送信息比特长度为k的信息序列u_A＝(u₀,...u_k‑1)；选取步骤2得到的排序后信道集合中的作为固定比特信道集合，用于发送固定比特长度为N‑k的固定比特序列u_B；步骤4：确定安全信道和非安全信道选取步骤3得到的信息比特信道集合中第k‑m到第k‑1信道作为安全信道,发送信息序列u＝(u_k‑m,u_k‑m+1,...u_k‑2,u_k‑1)；中第0到第k‑m‑1信道作为非安全信道,发送信息序列l＝(u₀,u₁,u₂,...u_k‑m‑2,u_k‑m‑1),其中m为任意正整数，且满足2≤m＜k；步骤5：更新秘钥将步骤4得到的安全信道发送的二进制信息序列u＝(u_k‑m,u_k‑m+1,...u_k‑2,u_k‑1)作为秘钥，将秘钥的最低两位信息比特进行异或运算得到的结果作为秘钥的最高位，同时舍掉秘钥的最低位，得到更新后的秘钥；步骤6：将步骤5得到的更新后的秘钥的最高位与非安全信道发送的信息序列l＝(u₀,u₁,u₂,...u_k‑m‑2,u_k‑m‑1)中的最高位u₀异或得到密文的最高位s₀，再利用步骤5更新秘钥，并将步骤5得到的更新后的秘钥的最高位与非安全信道发送的信息序列l的次高位u₁异或得到密文的次高位s₁，以此类推，如此重复k‑m次得到密文序列s＝(s₀,s₁,s₂,...s_k‑m‑1)；步骤7：生成待编码序列将安全信道发送的信息序列u＝(u_k‑m,u_k‑m+1,...u_k‑2,u_k‑1)加到步骤6生成的密文序列s后边，拼接得到待编码序列f＝(s₀,s₁,s₂,...s_k‑m‑1，u_k‑m,u_k‑m+1,...u_k‑2,u_k‑1)；步骤8：生成编码矩阵将基础矩阵进行n(n＝log₂N)次kronecker积运算得到编码矩阵G；步骤9：编码按照信道容量较大的前k个信道的信道标号，在步骤8得到的编码矩阵G中取出与其对应的行向量组成矩阵G(A)，编码矩阵G中剩余的行向量组成矩阵G(A^c)；将步骤7得到的待编码序列f和步骤3得到的固定比特序列u_B经过fG(A)+u_BG(A^c)运算得到编码后序列x；步骤10：调制按照通信系统所需要的调制方式进行调制；步骤11：过信道将步骤10调制后的序列发送到高斯白噪声信道；步骤12：解调接收端将接收到的经过高斯信道后的信息进行软解调；步骤13：译码将步骤12解调后的信息采用连续删除译码SC得到译码序列步骤14：找出秘钥和密文在步骤13译码后的序列中,当做秘钥，当做非安全信道发送的密文估计序列；步骤15：更新秘钥将步骤14得到的秘钥的最低两位信息比特进行异或运算得到的结果作为秘钥的最高位，同时舍掉秘钥的最低位，得到更新后的秘钥；步骤16：将步骤15得到的更新后的秘钥的最高位与步骤14中得到的密文估计序列中的最高位异或得到非安全信道发送信息序列的最高位估计值再利用步骤15更新秘钥，并将该更新后秘钥的最高位与步骤14中得到的密文估计序列中的次高位异或得到非安全信道发送信息序列的次高位估计值以此类推，如此重复k‑m次得到解密后的非安全信道发送信息的估计序列步骤17：还原发送端发送的信息序列将步骤14得到的序列放到步骤16得到的解密后的非安全信道发送信息的估计序列的后面，拼接得到发送端发送信息的估计序列为