[发明专利]一种基于动态星座旋转的物理层加密方法及系统

权利要求书

1.一种基于动态星座旋转的物理层加密方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，数据接收：通信数据的发送端向接收端发送带有随机特征信息的下行导频信号，接收端在接收到下行导频信号后，在信道相干时间内发送带有随机特征信息的上行导频信号；

S2，特征提取：发送端和接收端经过多次信道探测后，从接收信号进行提取出信道特征信息，和本地生成的随机特征信息相加，得到对称的初始信道特征信息序列和

S3，初始星座旋转：发送端对发送的比特流进行信道编码、符号映射和串并转换后，利用步骤S2获得的初始特征信息序列Φ^A对调制后符号进行初始星座旋转加密生成替身加密符号S^E，再通过快速傅里叶反变换转换为时域符号并加载到载波上，经过并行到串行转换、循环前缀和导频插入操作后发送；

接收端执行相反的操作，利用步骤S2获得的对称初始信道特征信息序列Φ^B对快速傅里叶变换后的数据符号进行星座逆旋转解密、以恢复发送比特流并进行纠错；

S4，动态星座旋转加密：发送端通过对发送数据帧进行熵评估来滑动选择具有较好随机性的数据帧索引m，利用单向函数f(·)对滑动窗口[k,k-m]中数据帧比特流进行单向映射到[0,2π)得到C^A(k)，再结合步骤S2获得的初始特征信息序列Φ^A生成动态更新的加密星座模式，并将其用于当前帧调制后符号的星座旋转加密；

S5，动态星座旋转解密：接收端通过对接收数据帧进行熵评估来滑动选择具有较好随机性的数据帧索引m，利用单向函数f(·)对滑动窗口[k,k-m]中数据帧比特流进行单向映射到[0,2π)得到C^B(k)，再结合步骤S2获得的初始特征信息序列Φ^B生成动态更新的解密星座模式，并将其用于当前帧解调前符号的星座逆旋转解密，最后进行调制符号星座判决和信道译码操作以恢复当前帧的发送比特流。

2.如权利要求1所述的一种基于动态星座旋转的物理层加密方法，其特征在于：所述步骤S1中发送端向接收端发送的带有随机特征信息的下行导频信号其中是在[0,2π)区间均匀分布的随机相位，只有发送端已知；

所述接收端发送的带有随机特征信息的上行导频信号其中是在[0,2π)区间均匀分布的随机相位，只有发送端已知。

3.如权利要求2所述一种基于动态星座旋转的物理层加密方法，其特征在于：所述步骤S2中提取的信道特征信息至少包括信道状态信息、信道相位信息或接收信号强度信息，接收端和发送端分别将提取的特征信息和本地生成随机特征信息线性变换到[0,2π)后相加，对2π取模后得到对称的初始特征信息序列和

4.如权利要求2所述一种基于动态星座旋转的物理层加密方法，其特征在于：所述步骤S3中，发送端对调制后符号进行初始星座旋转加密生成替身加密符号S^E，S^E＝D_AS^T

其中，是一个相位旋转矩阵，表示原始符号经过星座旋转加密后得到的OFDM加密符号；

接收端以获得加密的OFDM符号S^E，并执行逆旋转解密，以恢复调制后的符号：

其中，是一个相位逆旋转矩阵。

5.如权利要求4所述一种基于动态星座旋转的物理层加密方法，其特征在于：所述步骤S3中，发送端发送的比特流为信源编码后的比特，初始星座旋转阶段发送比特流由q个信息位比特[b₀,b₁,…,b_q]和N^*r-q个信息摘要位比特组成，所述信息摘要位比特用于接收端对纠错后接收比特流进行一致性的验证，若一致性校验失败则重新发送。