[发明专利]一种基于无线信道特征的三维星座旋转加密方法

说明书

本发明属于无线网络通信领域，具体涉及一种基于无线信道特征的三维星座旋转加密方法。本发明包括主要步骤：(S1)合法的通信节点双方相互发送探测信号，提取等效信道相位；(S2)发送端对传输数据信息进行三维映射获得三维空间的星座点，利用等效信道相位，对星座点进行旋转加密；(S3)接收端利用等效信道相位，对传输数据信息进行旋转解密；(S4)根据最小距离判决法进行解映射，获得发送端的数据信息。本发明利用信道相位响应的互易性提取出等效信道相位，并利用提取的相位对三维星座进行加密，使得窃听者无法解调出正确的比特信息，从而达到安全通信的效果。

技术领域

本发明属于无线网络通信领域，具体涉及一种基于无线信道特征的三维星座旋转加密方法。

背景技术

当前无线通信的应用需求急剧增加，无线网络用户数量持续增加，无线网络应用范围也在不断扩大，人们对无线通信安全性的担忧也日益增加。随着计算机运算能力的发展，传统的在网络层通过公钥或私钥体制利用计算复杂度增强通信安全性的加密方法将面临挑战。因此在物理层保障信息传输的安全性成为目前的研究热点。

物理层安全技术将无线信道的本质传输特性转化成用于维护传输的安全性的方法得到了国内外的广泛关注。作为上层加密方法的一种补充和替代，物理层安全技术利用信道的差异性、互易性和随机性等特征在底层提高无线通信系统的安全性。物理层安全的原理就在于利用信道的噪声和多径特性的不确定性来加密发送信息，使得窃听者获得发送信号的信息量趋向于零。

目前物理层安全的研究方向主要分为三类：基于编码类研究方法的物理层安全编码技术、加密纠错码技术，基于信号处理类研究方法的多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，简称MIMO)波束成形物理层安全技术、人工噪声物理层安全技术、天线选择物理层安全技术以及协同通信场景下的物理层安全技术等，基于密钥生成类研究方法的无线信道的密钥提取技术^[1]。

近年来，国内外针对通信系统的调制方式以及其安全性进行了相关研究。传统二维空间调制系统中安全性的研究已有很多，如Fei Huo等人提出在快速傅里叶变换(FFT)之后对数据的实部和虚部分别乘以1或者-1进行变换，在接收端进行同样操作即可解密，有效减小了计算复杂度^[2]；雷蓓蓓提出相位旋转和幅度变换以隐蔽调制方式，并从提取瞬时参数攻击，提取高阶累积量攻击等几方面分析了安全性^[3]；岳敖基于混沌理论中的三维洛伦兹映射，提出了一种利用拉丁阵置乱星座点位置信息的物理层加密算法，实现了对调制方式和调制信息的保护^[4]；三维映射被用在OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)系统之前已经被用在光学通信的偏振移位键控中^[5]；2008年Seog Geun Kang首次提出了OFDM系统中的三维空间调制方法，在系统中用到了二维离散傅里叶反变换(IDFT)对三维映射后信号进行处理^[6]；2010年Zhenxing Chen等人给出了OFDM系统中三维空间调制信号符号错误概率的理论证明过程^[7]。

面对高速发展的计算机，仅仅基于计算量的传统通信的安全性面临着威胁，而且网络层级的加密对于调制方式和调制信息的保护也不足。此外，现有的关于调制加密的方案，大多是在传统二维空间调制系统中研究的，关于OFDM系统中三维空间调制的方法，也是出于可靠性角度来考虑的。现有技术中的相关参考文献如下：

[1]Q.Wang,H.Su,K.Ren,and K.Kim.Fast and scalable secret keygeneration exploiting channel phase randomness in wireless networks[C].Proc.30th IEEE Int.Conf.Comput.Commun.(INFOCOM),Shanghai,China,Apr.2011:1422-1430.