专利名称：由反馈和LDPC码构建wire-tap信道I的制作方法
技术领域：
本发明属于信息技术安全领域，如无线通信、移动通信、深空通信等领域的信息安 全技术。
背景技术：
由于无线通信的广播特性使得无线网络缺乏物理边界，没有物理连接无线通信对 于外来的窃听者来说是开放的，无线通信的安全已经成为物理层的一个关键问题。物理层 的安全技术是基于Shannon的安全模型，它是解决无线通信边界、有效性和可靠性的理论 模型。物理层的安全技术定义为基于如调制、编码和信道的传送特性的物理层低截获概 率特性，其系统的安全保密传输不需要信源的密码编码，在传输前没有秘钥需要传送双方 预先共享。Wyner等于1975年提出的wire-tap信道模型是物理层的安全传输基础模型， wire-tap信道模型中，如果主信道比窃听信道有更好的信道条件，则进行物理层的安全传 输是可能的，如何实际有效地构造wire-tap信道模型却一直是一个开放问题。本专利提供了 一种利用反馈和低密度校验码构造wire-tap信道I的方法， wire-tap信道I是一种二进制对称信道，窃听者信道错误概率为P，而主信道是无错的。本 专利通过一次或多次的交互通信和低密度校验码的纠错，实现窃听者信道错误概率为P，而 主信道是无错的wire-tap信道I。其基本原理在于在交互通信中，主信道采用了窃听者 无法得知的随机噪声向量，窃听者信道错误概率被加大，使得无论初始时窃听者信道的信 道错误概率是否大于主信道，通过交互通信，主信道都有更好的信道条件，通过LDPC码的 超强纠错能力和门限效应，使得主信道的错误都得到纠正，而窃听者信道错误却部分地保 留下来了。由此得到了可实现无条件秘密传输的wire-tap信道I。
发明内容
本专利提供了 一种利用反馈和低密度校验码构造wire-tap信道I的方法。 wire-tap信道I的模型如图一示。我们的一次交互通信模型如图2所示。假定Alice和 Bob是合法通信的双方，Alice想送信息M= {iviv…，mn_J给Bob，一次交互通信过程如 下步骤一Bob 送一个随机序列 Q = {q0, Ql,…，qn_J 给 Alice,并且 Pr (Qi = 0)= Pr(qj = 1) =0.5。让 E= {e0, e^ ...,一；^}和EA = {ea0, eax, ..., eam}分另lj表示 Alice 和窃听者的信道错误概率。Alice和窃听者的接收信号是 和 这儿Pr(ei = 1) = a 和 Pr = 1) = 3 .步骤二 Alice用接收的序列T计算
并编码U为 这儿 是编码函数。步骤三Alice通过无线信道送出W.Bob和窃听者接收到W的噪声向量为W'并译 码r为 这儿V是译码函数。我们假定译码错误概率为Pr([> —0. Bob和攻击者都收 到几乎无错的U。Bob知道随机序列Q，因此他加序列Q到U为 这儿Y= {y0,yi,…，yy}。窃听者只知道Q带噪声的接收向量TE只能得到 计算等式(5)和等式(6)，EA成为额外的噪声。因此，经过一次双向通信后，主信 道一定会有比窃听者信道更好的信道质量。进一步可以有多次双向通信，可以进一步增加窃听者信道的信道错误概率，多次 双向通信如图3所示，建立wire-tap信道的I的步骤如下步骤一为传送k比特的信息M,我们首先选择(n，k)线性二进制码C并满足 这儿x编码函数。步骤二随机选择
。然后我 们计算向量 步骤三Bob通过t个独立平行信道或t个不同的时隙送t个随机序列 ={ ..，《}，i = 0,1,2, ...t
分别表示Alice和窃听者的信道错误概率。Alice和窃听者的接收信号是化和TEit)步骤四Alice使用接收信号I由式⑵计算C/, =<^ 7并按式⑶编码Ui得到 Wi。Alice由无线信道送出Wp Bob和窃听者接收到Wi的噪声向量为W' t并译码W' t为 WiBob和窃听者能得到=C,十■和& = C,十乓十￡4。步骤五我们分别求和Yp i = 1,2,…，t及Zi y 和 按等式(8)，等式(9a)和(9b)成为 和 等式(10b)中的| 项成为额外的错误。步骤六因此从Y通过译码得到正确的信息M，而对Z的译码却不能得到正确的信息
Mo在交互通信中，主信道采用了窃听者无法得知的随机噪声向量，窃听者信道错误 概率被加大，使得无论初始时窃听者信道的信道错误概率是否大于主信道，通过交互通信， 主信道都有更好的信道条件，若在式(7)的编码中使用LDPC码通过LDPC码的超强纠错能 力和门限效应，使得主信道的错误都得到纠正，而窃听者信道错误却部分地保留下来了。由 此得到了可实现无条件秘密传输的wire-tap信道I。附图及
图lwire-tap信道I的模型图2 —次交互通信过程Alice和Bob是合法通信的双方，M = {m0, m^…，mn_J是Alice想送给Bob的信 息，
是Bob产生的一个送给Alice的随机序列。E= {e0,ei,…，en_J 和EA = {ea0, ea^…，ean_J分别表示Alice和窃听者的信道错误概率。图3多次双向通信过程C = x (M)是k比特的信息M的编码。CQ，C2，…，Ct_2是随机选择的，其 中
,并且满足
是Bob随机选择的t个随机序列，
和
分别表示Alice和窃听者的信道错误概率。
权利要求
本专利提供了一种利用反馈和低密度校验码构造wire-tap信道I的方法，wire-tap信道I是一种二进制对称信道，窃听者信道错误概率为p，而主信道是无错的。本专利通过一次或多次的交互通信和低密度校验码的纠错，主信道采用了窃听者无法得知的随机噪声向量，窃听者信道错误概率被加大，使得无论初始时窃听者信道的信道错误概率是否大于主信道，通过交互通信，主信道都有更好的信道条件，通过LDPC码的超强纠错能力和门限效应，使得主信道的错误都得到纠正，而窃听者信道错误却部分地保留下来了。实现窃听者信道错误概率为p，而主信道是无错的wire-tap信道I。
2.根据权利要求1所述的一种利用反馈和低密度校验码构造wire-tap信道I的方法， 包括下面的步骤步骤一为传送k比特的信息M,我们首先选择(n，k)线性二进制码C并满足 C = x (M)， (1) 这儿x编码函数。步骤二随机选择(；，‘‘…，(^，其中 。然后我们计 算向量 (2)步骤三Bob通过t个独立平行信道或t个不同的时隙送t个随机序 j， i = 0,1,2,-t-1给 分别表示六工化一和窃听者的信道错误概率。Alice和窃听者的接收信号是化和TE”步骤四Alice使用接收信号^计算 ，并按 数)，编码Ui得到化。Alice由无线信道送出化。Bob和窃听者接收到化的噪声向量为W', 并译码r i为I Bob和窃听者能得到X = Ct ；和= C, Et十。步骤五我们分别求和1，i = 1,2,…，H、 禾口 按等式(2)，等式(3a)和(3b)成为 禾口 等式(4b)中的|项成为额外的错误。步骤六从Y通过译码得到正确的信息M，而对Z的译码却不能得到正确的信息M。
3.根据权利要求2所述的一种利用反馈和低密度校验码构造wire-tap信道I的方法，其特征是在交互通信中，主信道采用了窃听者无法得知的随机噪声向量，窃听者信道错误 概率被加大，使得无论初始时窃听者信道的信道错误概率是否大于主信道，通过交互通信， 主信道都有更好的信道条件，若在式(1)的编码中使用LDPC码通过LDPC码的超强纠错能 力和门限效应，使得主信道的错误都得到纠正，而窃听者信道错误却部分地保留下来了。由 此得到了可实现无条件秘密传输的wire-tap信道I。
全文摘要
本发明提供了一种利用反馈和低密度校验码构造wire-tap信道I的方法，wire-tap信道I是一种二进制对称信道，窃听者信道错误概率为p，而主信道是无错的。本发明通过一次或多次的交互通信和低密度校验码的纠错，实现窃听者信道错误概率为p，而主信道是无错的wire-tap信道I。其基本原理在于在交互通信中，主信道采用了窃听者无法得知的随机噪声向量，窃听者信道错误概率被加大，使得无论初始时窃听者信道的信道错误概率是否大于主信道，通过交互通信，主信道都有更好的信道条件，通过LDPC码的超强纠错能力和门限效应，使得主信道的错误都得到纠正，而窃听者信道错误却部分地保留下来了。由此得到了可实现无条件秘密传输的wire-tap信道I。
文档编号H04L9/00GK101854242SQ20091005879
公开日2010年10月6日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者文红 申请人:电子科技大学