一种基于无线信道直接加密的物理层安全通信方法

涉及无线通信加密技术，特别涉及基于无线信道直接加密的物理层通信技术。

背景技术：

1、通信领域中传统的加密方法在数据传输中起到关键作用，然而，随着计算能力的提升和攻击手段的不断演进，传统加密方法的安全性逐渐受到挑战。在这一背景下，基于物理层密钥的信息加密模型逐渐引起技术者们的关注。

2、物理层密钥是一种基于信道特性的加密方式，与传统的基于密码学的方法不同，它利用了信道的随机性和噪声特性来生成密钥，从而在一定程度上增强了信息的保密性。

3、而在实际应用中，现有的物理层密钥生成方法往往需要获得准确的密钥信息，通信双方需要利用无差错信道进行通过二次信息协商过程，才能协商得到完全一致的物理层密钥。由于需要二次协商才能生成一个密钥，通信开销大，效率低，极大地限制了物理层密钥的适用范围。且，现有的物理层密钥通常也未与信息的加解密联系起来，使得物理层密钥没有得到更好的实际应用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种通信开销小且效率高，将物理层密钥应用到信息加密的物理层安全通信方法。

2、本发明为解决技术问题所采用的技术方案是，一种基于无线信道直接加密的物理层安全通信方法，包括以下步骤：

3、信道探测步骤：通信双方先利用无线信道的互相发送探测信号；一方根据捕获到的另一方发送的探测信号所提供的信道状态信息来计算本地信道增益，再对本地信道增益进行量化得到本地物理密钥；

4、信息传输步骤：发送方对待传输信息进行纠错码编码，再使用发送方本地物理密钥对纠错码编码后的信息进行对称加密处理得到发送信息；发送方通过公共有差错信道将发送信息发至接收方；接收方将接收到的发送信息作为接收信息，利用接收方本地物理密钥对接收信息进行对称解密处理，再对解密得到信息进行纠错码译码恢复出传输信息。

5、进一步的，信息传输步骤中在对待传输信息进行纠错码编码之前，对待传输信息进行混淆处理后再进行后续处理。

6、本发明独特之处在于，它巧妙地实现了在未获得精确密钥的情况下也是使得通信双方进行信息传输，从而避免了繁琐的密钥协商过程，克服现有物理层密钥使用的局限性，实现更高水平的信息保护和安全传输。

7、本发明的有益效果是：

8、1性能优势：

9、1.1现有方法需要一个无差错信道来传输共享密钥，以避免密钥损坏或泄露。本方案即使在存在噪声干扰的情况下仍能够可靠地提取信息，这得益于先进的纠错编码，因此信道要求更低。

10、1.2现有方法中，共享密钥用于加密和解密消息，通常需要复杂的加密算法。而在本方案中，合法通信双方使用本地物理密钥来进行消息的加密和解密，降低了对共享密钥的直接依赖。

11、2成本优势：

12、2.1低开销：本发明的密钥分发双方不需要进行协商相互传递信息，只需要单向传输。

13、2.2低复杂度:本发明的密钥分发过程无需双方进行协商和隐私放大，因此无需双方在公共信道上进行与上述过程相关的多次交互协商，降低了复杂度。

14、2.3高安全性：当前的技术在建立密钥的过程中使用对称加密+bch方案的安全通信方案，保证系统信息传递的安全性。

15、2.4高效率：相比于经典的密钥分发模型，本发明在信道错误率较低时有更低的平均不一致率，规避了需要无差错信道协商的痛点，实现了在信道错误率较低时对信息有效传输。

技术特征：

1.一种基于无线信道直接加密的物理层安全通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，信息传输步骤中，在对待传输信息进行纠错码编码之前，对待传输信息进行混淆处理后再进行后续处理。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，纠错码编码、译码为bch编码、译码。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，对称加密与对称解密为异或处理。

技术总结
本发明提供一种基于无线信道直接加密的物理层安全通信方法，信道探测步骤：通信双方先利用无线信道的互相发送探测信号；根据探测信号所提供的信道状态信息来计算本地信道增益，再对本地信道增益进行量化得到本地物理密钥；信息传输步骤：发送方对待传输信息进行纠错码编码，再使用发送方本地物理密钥对纠错码编码后的信息进行对称加密处理得到发送信息；接收方将接收到的发送信息作为接收信息，利用接收方本地物理密钥对接收信息进行对称解密处理，再对解密得到信息进行纠错码译码恢复出传输信息。本发明能在未获得精确密钥的情况下也是使得通信双方进行信息传输，从而避免了繁琐的密钥协商过程，具有低开销、低复杂度、高安全性和高效率的特点。

技术研发人员：石煜昊,唐杰,王睿斐,文红,王永丰
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5