[发明专利]针对无线通信的物理层加密传输系统及其方法

说明书

一种针对无线通信的物理层加密传输系统及其方法，包括运行在所述多输入单输出MISO的无线通信系统的基站上的构建模块、估计模块和加密模块；所述构建模块用于所述构建系统；所述估计模块用于信道估计；所述加密模块用于加密发送。所述针对无线通信的物理层加密传输系统，还包括：运行在所述合法接收者上的恢复模块；所述恢复模块用于所述数据恢复。结合其它结构或方法有效避免了现有技术中针对多输入单输出MISO的无线通信系统的物理层加密在对抗调制识别和窃听者攻击时的安全性不高和通信的可靠性大幅下降的缺陷。

技术领域

本发明涉及无线通信中的信息安全技术领域，也涉及分帧技术领域，具体涉及一种物理层安全技术(PLS)中的物层加密传输技术 (PLE)，尤其涉及一种针对无线通信的物理层加密传输系统及其方法，特别涉及一种基于符号卷积的物理层加密传输系统及其方法。

背景技术

所谓无线通信网络，是指无需布线就能实现各种通信设备互联的网络，当今，无线通信网络广泛地应用于民用和军用通信系统，已经成为生活和工作不可分割的一部分。由于无线信道的广播特性、移动网络的动态拓扑和节点的微型化，基于网络的上层密码学加密以及数据处理堆栈及其相关协议的传统安全策略面临新的挑战。物理层安全则利用无线信道随机性、互易性等不可复制特性从物理层保护信息安全。其安全程度不依赖计算复杂度，在编码和信号处理的帮助下，即使攻击者拥有强大的计算能力，信息也只能被合法接收者正确解码，可视为对上层安全技术的补充。

近年来，物理层加密技术(PLE)受到了越来越多的关注，相比于上层传统的加密机制，其利用无线信道、信号的各种特性设计加密机制，保护物理层信号不被窃听者破译，提供信号级的安全，基于PLE 的无线通信系统框图如图1所示。PLE技术对天线数量或者信道条件没有严格的要求，因此可方便应用到各种无线通信系统中，而应用在调制前的物理层加密PLE方案，加密方式为对编码后的二进制比特信息进行异或运算，是相对较早提出的关于PLE的技术方案，这样的技术方案，在实际运用中，在针对多输入单输出MISO的无线通信系统对抗调制识别和窃听者攻击时的安全性不高，随之改进的技术方案将调制符号序列分为两路后分别旋转、叠加，该加密方式在准静态信道环境下对抗调制识别和窃听者攻击时的通信安全性更高，但导致通信的可靠性大幅下降。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种针对无线通信的物理层加密传输系统及其方法，有效避免了现有技术中针对多输入单输出MISO 的无线通信系统的物理层加密在对抗调制识别和窃听者攻击时的安全性不高和通信的可靠性大幅下降的缺陷。

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种针对无线通信的物理层加密传输系统及其方法的解决方案，具体如下：

一种针对无线通信的物理层加密传输的方法，包括：

针对多输入单输出MISO的无线通信系统的窃听信道模型，首先合法用户向该无线通信系统的基站发送导频信号，基站根据导频信号的序列估计出合法信道的信道状态信息CSI，所述基站利用该信道状态信息CSI生成密钥；随后将密钥与待转发的无线信号调制后的符号序列进行卷积加密，将卷积加密后的符号序列和预编码后的待发送的无线信号通过信道发送给接收者，所述接收者接收到卷积加密后的符号序列后就能对该符号序列进行解密。

所述针对无线通信的物理层加密传输的方法，包括如下的具体步骤：

步骤1：构建系统；

所述构建系统，包括：给多输入单输出MISO的无线通信系统的基站配备有N_B根天线，合法接收者和窃听者都为单天线的无线通信终端，所述合法接收者和窃听者均能接收多输入单输出MISO的无线通信系统的基站的无线信号，所述合法接收者和窃听者均能接收多输入单输出MISO的无线通信系统的基站的无线信号的结构就形成了多输入单输出MISO的无线通信系统的窃听信道模型；

该多输入单输出MISO的无线通信系统采用时分双工TDD模型进行通信,其中N_B为大于1的正整数；