基于网络编码和Hash函数的一个保密通信方案

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R.W.Yeung、R.Ahlswede等人在2000年首次提出网络编码的概念。网络编码一改以往store-and-forward的路由方式,允许中间结点对输入信道的输入信息进行编码后再传输出去。通过网络编码,可以充分的利用网络的信道通信容量,达到由最小割最大流定理所确定的最大流上界。根据节点的输入和输出关系不同可分为线性网络编码和非线性网络编码。其中线性网络编码的编码简单,实施方便。因而对于网络编码的研究大多基于线性网络编码。在传统的信息传输过程中,对一些重要的信息要设法提高传输的安全性。那么在网络编码中,必然也存在安全性问题。问题是能否结合网络编码的特殊性,来实现网络传输的安全性呢?答案是肯定的。N.Cai和W.Yeung在文献[24]中提出了安全性问题的模型,即窃听信道通信网络(CSWN)模型。并给出了在这个问题模型上存在安全的线性网络编码的充要条件,同时也给出了一个解决的方法。后来基于这个方法,有许多方法被陆续提出。如在CSWN上用秩距码来实现安全通信。无论使用何种方法,保证通信安全的方法都是在要传输的信息中加入冗余字符。如果窃听者能够同时窃听到t条信道的话,那么加入的冗余至少要t个。在窃听者能够同时窃听到的信道数量比较大的情况下,严重的降低了信息传输的效率。为了减少所加入的冗余字符的数量,提高信息传输的效率。M.Adeli和H.Liu在参考文献[36]中提出了一个基于线性网络编码和Hash函数的安全通信协议。该协议利用带密钥的Hash函数,只需添加一个独立于消息字符的随机变量k,便可以在要传输的每个字符上叠加上一个随机变量,从而对要传输的消息进行了加密。为了达到完善保密性的要求,随机变量k至关重要。一旦k被窃听者窃听,则窃听者便能综合所窃听到信息,很容易地恢复出信源传输消息的部分信息。M.Adeli和H.Liu在参考文献[36]中,给出的保密k的方法存在严重的漏洞,一旦窃听到的信道组合得当,便能很容易的恢复出k。该论文对之进行了改善,得到了能够完全的保密k,从而实现完善保密性要求的可行的编码方法。该论文按照下面的步骤进行组织。在第一章介绍了网络编码的相关知识;第二章介绍了保密通信的相关知识;第三章引入了CSWN模型,并给出了一些已有的在CSWN模型上实现安全通信的方法;第四章给出了本文的主要结果,给出了对基于Hash函数的在CSWN模型上实现安全通信的方法的改善方法,并给出了一个例子。
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