物理层安全编码技术研究及应用

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随着信息技术的不断发展,为社会带来了严重的数据失窃问题。在日常生活中,由于信息被非法截取的事常有发生,保密问题至关重要。传统上,保密问题主要通过上层加密协议的方法来解决,但是现有的大多数加密方案很大程度上依赖于计算机的硬件性能。如果非法截取者拥有无限的计算能力,那么安全性就无法得到很好地保证。由此,在物理层实现的安全方法成为当下安全通信的一个重要研究热点,同时也作为对加密方式的一种替代或补充。  本文主要研究了窃听信道质量优于主信道的情况下的极化码安全编码问题。系统在反馈和信道编码的作用下使非退化窃听信道实现等效退化,然后应用标准基于极化码的安全编码方法。并利用多次反馈交互对其进行了改进,在一定程度上通过多次反馈可以提高等效主信道和窃听信道两者间差距,使等效退化更加明显,增大系统的安全容量。理论与仿真结果证明基于反馈与极化码的安全编码方案使合法用户误比特率接近于0,窃听用户误比特率近似达到0.5,达到了系统安全性与可靠性要求。  本文还研究了高斯非退化窃听信道下的极化码安全编码问题。首先仍可以应用反馈的思想,为了提高信息传输速率,在反馈等效模型中前向信道有错传输,得到一种依赖于反馈信道条件的等效退化。针对退化不明显时,传输速率较低的情况,本文结合加密思想研究了一种能完全利用主信道的无噪比特信道进行信息传输的方案,它利用其中的安全位既传输信息也作为秘钥加密剩余的信息位。理论与仿真结果表明,结合加密的方法在提升了传输速率的情况下仍能保证信息安全可靠地传输。  未来可以进一步研究衰落信道、多天线等环境下基于极化码的安全编码。当窃听者主动发送信息干扰合法用户的信息接收,关于如何识别信息,实现可靠安全地传输也值得我们探索。
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