[发明专利]一种基于噪声分发的物理层安全传输方法

说明书

本发明公开了一种基于噪声分发的物理层安全传输方法，通过引入安全协作节点SCN向合法用户分发人工噪声信号，安全协作节点SCN将本地秘钥和合法用户的随机秘钥进行组合后采用Hash映射方式产生随机干扰噪声信号，并同时向合法用户发送干扰噪声信号和用于保密信息传输的人工噪声信号，合法用户可以消除干扰噪声的影响得到安全传输所需的人工噪声信号，最后合法发送端将该人工噪声信号叠加到传输的保密信号上发送给合法接收端，本发明确保窃听者无法消除噪声干扰，从而使得窃听者产生误码平台，进而保障了无线系统的安全传输。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于噪声分发的物理层安全传输方法。

背景技术

传统的无线加密手段主要依靠上层的数字加密算法，例如对称加密算法AES，DES等能够实现快速有效的安全加密，但此类算法存在这加密秘钥管理及分发困难等问题。数字秘钥加密算法都是基于计算复杂性理论来确保信息传输安全，并且这种安全性均建立在理想物理层的假设下，即物理层能够进行无差错的传输。

随着大数据时代的到来，恶意窃听者也能轻易拥有强大的集群计算能力，此时传统的密钥加密方法开始显得力不从心，于是研究者们把目光投向了物理层通信安全技术。不同于密钥加密方式，处于物理层的安全通信技术，既可以从信息论的角度出发，推导计算正值安全容量来保证通信的绝对安全，也可以从信号处理的角度考虑，对发送信号进行预处理，如在保密信号上叠加人工噪声(Artificial Noise，AN)来增加信道安全容量。

人工噪声作为一种有效的物理层安全技术，通过恶化窃听信道降低窃听者接收信噪比来保障合法用户间的安全传输。目前对人工噪声的研究主要是通过主信道的零空间来传输人工噪声方式来实现，但在实际系统中很难保证发射机准确获取信道状态信息，一旦人工噪声泄露到主信道中将对合法用户产生干扰影响正常通信。部分研究利用发送节点和目的节点来协作发送人工噪声信号，以此来干扰潜在的不可信中继节点，但此类研究中未充分考虑窃听者的窃听能力，如果窃听者采用抵近窃听或者将窃听天线方向对准合法用户，此时人工噪声信号可能无法对窃听者造成有效干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于噪声分发的物理层安全传输方法，能够实现人工噪声在合法用户间的安全分发，保证保密信息的安全传输。

本发明采用以下技术方案：

一种基于噪声分发的物理层安全传输方法，包括以下步骤：

S1、合法信息发送者Alice发送人工噪声分发请求R_AB，人工噪声分发请求R_AB包括此次通信的用户信息以及合法信息发送者Alice生成的临时随机数字秘钥D_A；

S2、安全协作节点SCN接收人工噪声分发请求R_AB后，将临时随机数字秘钥D_A与合法信息发送者Alice的本地数字秘钥K_A进行比特模二相加，安全协作节点SCN得到一组重新组合后的长度为Lbits的秘钥K′_A并进行预处理；随后，安全协作节点SCN利用MD5散列函数对算法秘钥K′_A进行加密，得到不可逆的随机序列并利用该随机序列产生干扰噪声信号Z_KA；安全协作节点SCN随机生成长度同样为V bits人工噪声序列z_AB，并利用z_AB产生人工噪声信号Z_AB；安全协作节点SCN将干扰噪声信号Z_KA与安全通信所需的人工噪声信号Z_AB进行基带叠加得到发送信号S_K,1；将发送信号S_K,1发送给合法发送者Alice，确定合法发送者Alice接收的信号和合法接收者Bob接收的信号y_B,1；