一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法与流程

本发明属于通信技术领域，涉及一种利用喷泉码的安全传输方法，特别是涉及一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法。

背景技术：

当前新一代移动通信背景下，各种设备数量持续增加，各种环境下数据传输量无限增长，基于喷泉码的安全传输方案能够适应复杂多变的外部环境，在大规模数据的安全可靠传输上具有重要意义。喷泉码由于其性能与特点与物理层安全传输具有很强的契合性而被引入安全传输应用，在该编译码机制下，接收端按需接收编码符号，合法接收端只要存在信道优势即可率先完成译码。因此，喷泉码可以充分保证合法接收端传输可靠性，并在此基础上实现一定的安全增益。

喷泉码具有以下特点：

1）无固定码率：发送端编码器持续产生编码符号，接收端只需要获取足够数量的编码符号即可解出全部输入信息符号；

2）高效：接收端一般接收满略大于输入符号数量的已编码符号即可恢复出原始数据；

3）线性复杂度：该编码方法编译码花费的时间与原始数据码元数量呈线性关系；

4）与信道质量强耦合：该种译码方法的译码过程以及结果与信道质量直接相关，当信道质量占优时将会率先完成译码过程。

现有的物理层安全技术中，编码方法与物理层其它传输技术比较隔离，几乎没有考虑两者深入结合的相关研究，这使得同时保证安全性和可靠性的效率较低。喷泉码产生的编码符号之间相互独立的特点决定了它与噪声干扰技术很容易结合进行非等重干扰操作，而将已有的安全技术与安全编码方法相结合将最大化地发挥安全编码的性能，为信息的安全与可靠传输带来新的增益。

技术实现要素：

针对现有物理层安全传输方法同时保证安全性和可靠性效率低的问题，本发明考虑将现有的物理层安全中噪声干扰技术与编码技术结合，并借助于喷泉码技术提出一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供的一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法，包含以下步骤：

步骤1，发送端对编译码参数进行初始化；

步骤2，发送端对关键编码符号的判决机制进行设计；

步骤3，发送端编码器根据原始输入的编译码参数持续产生编码符号，并根据步骤2的判决机制对生成的编码符号进行关键性判决；

步骤4，传输系统对编码符号进行调制、发送、解调的操作，并对步骤3中判决的关键编码符号进行噪声干扰；

步骤5，接收端根据接收到的编码符号进行译码，当合法用户完成译码时发送反馈命令终止传输过程。

进一步地，所述步骤2的具体过程如下：

步骤2.1，传输系统对经典喷泉码译码实时过程进行分析，即分析接收端在收到某一编码符号后译出符号情况变化；

步骤2.2，传输系统根据步骤2.1的分析结果建立编码符号度值与译码结果的关联性，即编码符号关键性与度值的关系。

进一步地，所述步骤3的具体过程如下：

步骤3.1，根据步骤1中的初始化参数生成原始输入符号集合；

步骤3.2，根据原始输入符号集合生成编码符号；

步骤3.3，根据步骤2得出的编码符号关键性判别依据对生成的编码符号进行判决。

进一步地，所述步骤4中的噪声干扰仅从能量投入的角度考虑，即对步骤3中判定的关键编码符号进行能量集中干扰。

进一步地，所述步骤5的具体过程如下：

步骤5.1，接收端正常接收传输来的编码符号信息，并根据信号解调判决结果进行译码；

步骤5.2，当合法用户完成译码时，发送反馈信息至发送端终止传输过程。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明将现有的物理层安全中噪声干扰技术与编码技术结合，基于喷泉码方法对关键编码符号进行重点干扰，实现通信与安全一体化，进一步提高了安全性能，并且提高系统保证信息传输安全性和可靠性的效率。相比较其他物理层安全方法及基于喷泉码的安全传输方法，本发明的方法具有以下优点：

1、本发明基于喷泉码方法，能够与信道条件紧密耦合从而充分保证可靠传输，并在此基础上追求安全性能。

2、本发明提高了干扰的针对性，摒弃了传统方法中的全局性干扰，使得能量利用效率更高。

3、本发明对各种传输信道的适应性较强，在各种信道状况下都具有很强的适应性和实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法的流程图；

图3为本发明实施例三提供的一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法在实际通信场景中的应用示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法，以提高信息传输的安全性和可靠性。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

如图1所示，图1示出了本发明实施例一提供的一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法的流程图，该安全传输方法具体包括如下步骤：

步骤s101，发送端对编译码参数进行初始化，包括原始符号数量、度分布等；

步骤s102，发送端对关键编码符号的判决机制进行设计；

步骤s103，发送端编码器根据原始输入的编译码参数持续产生编码符号，并根据步骤s102的判决机制对生成的编码符号进行关键性判决；

步骤s104，传输系统对编码符号进行调制、发送、解调的操作，并对步骤s103中判决的关键编码符号进行噪声干扰；

步骤s105，接收端根据接收到的编码符号进行译码，当合法用户完成译码时发送反馈命令终止传输过程。

本发明的一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法，基于喷泉码技术对关键编码符号进行重点干扰，将安全编码、信息加密技术与物理层传输相结合，进一步提高了信息传输的安全性和可靠性。

实施例二

如图2所示，图2示出了本发明实施例二提供的一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法的流程图，该安全传输方法具体包括如下步骤：

步骤s201，发送端对编译码参数进行初始化，包括原始符号数量、度分布等；

步骤s202，发送端对关键编码符号的判决机制进行设计；

所述步骤s202的具体实现过程如下：

步骤s2021，传输系统对经典喷泉码译码实时过程进行分析，即分析接收端在收到某一编码符号后译出符号情况变化；

步骤s2022，系统根据步骤s2021的分析结果建立编码符号度值与译码结果的关联性，即编码符号关键性与度值的关系。

步骤s203，发送端编码器根据原始输入的编译码参数持续产生编码符号，并根据步骤s202的判决机制对生成的编码符号进行关键性判决；

所述步骤s203的具体实现过程如下：

步骤s2031，根据步骤s201中的初始化参数生成原始输入符号集合；

步骤s2032，根据步骤s2031中的原始输入符号集合生成编码符号；

步骤s2033，根据步骤s202得出的编码符号关键性判别依据对生成的编码符号进行判决。

步骤s204，传输系统对编码符号进行调制、发送、解调的操作，并对步骤s203中判决的关键编码符号进行噪声干扰；

步骤s205，接收端根据接收到的编码符号进行译码，当合法用户完成译码时发送反馈命令终止传输过程。

所述步骤s205的具体实现过程如下：

步骤s2051，接收端正常接收传输来的编码符号信息，并根据信号解调判决结果进行译码；

步骤s2052，当合法用户完成译码时，发送反馈信息至发送端终止传输过程。

实施例三

如图3所示，图3示出了本发明实施例三提供的一种基于喷泉码关键编码符号干扰的安全传输方法在实际通信场景中的应用示意图。图中给出的是一个经典的三点窃听信道模型，发送端向合法接收端发送私密信息，窃听者由于无线信道的开放性因此很容易介入合法信道进行窃听。本发明利用喷泉码编码符号的独立性特点，结合已有的噪声干扰方法对喷泉码关键编码符号进行重点干扰接收，从而保障通信的安全性和可靠性。该方法包括以下步骤：

步骤s301，发送端对编译码参数进行初始化，包括原始符号数量、度分布等；

此处原始输入符号可随机生成，编码度分布采用经典的鲁棒孤波分布（robustsolitondistribution，rsd）；

步骤s302，发送端对关键编码符号的判决机制进行设计；

所述步骤s302的具体实现过程如下：

步骤s3021，传输系统对经典喷泉码译码实时过程进行分析，即分析接收端在收到某一编码符号后译出符号情况变化，此处利用喷泉码编译码矩阵分析某个编码符号对译码过程的影响；

步骤s3022，系统根据步骤s3021的分析结果建立编码符号度值与译码结果的关联性，即分析不同度值的编码符号对译码过程的重要性，最终建立编码符号关键性与度值的关系。

步骤s303，发送端编码器根据原始输入的编译码参数持续产生编码符号，并根据步骤s302的判决机制对生成的编码符号进行关键性判决；

所述步骤s303的具体实现过程如下：

步骤s3031，根据步骤s301中的初始化参数生成原始输入符号集合；

步骤s3032，根据步骤s3031中的原始输入符号集合生成编码符号，此处的编码方法与传统的喷泉码编码方法相同；

步骤s3033，根据步骤s302得出的编码符号关键性判别依据对生成的编码符号进行判决。

步骤s304，传输系统对编码符号进行调制、发送、解调的操作，并对步骤s303中判决的关键编码符号进行重点噪声干扰；

步骤s305，接收端根据接收到的编码符号进行译码，当合法用户完成译码时发送反馈命令终止传输过程。

所述步骤s305的具体实现过程如下：

步骤s3051，接收端正常接收传输来的编码符号信息，并根据信号解调判决结果进行译码，此处可针对无线信道特点利用高斯译码方法进行处理；

步骤s3052，当合法用户完成译码时，发送反馈信息至发送端终止传输过程。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。