基于混沌加密的竊聽(tīng)信道極化碼安全編碼機(jī)制的研究.pdf

1、竊聽(tīng)信道模型是一種重要的通信安全模型，如何在安全可靠的前提下讓安全速率達(dá)到竊聽(tīng)信道安全容量一直以來(lái)都是人們重點(diǎn)研究的問(wèn)題。近幾年，隨著極化碼這一能在理論上達(dá)到香農(nóng)限的新型編碼方式的提出，基于極化碼的物理層安全編碼機(jī)制已成功的達(dá)到了竊聽(tīng)信道模型的安全容量。然而在實(shí)際環(huán)境中，往往存在信道安全容量偏低甚至為負(fù)值的情況，此時(shí)單一的物理層安全編碼機(jī)制將無(wú)法滿足對(duì)安全速率的要求。針對(duì)這一問(wèn)題，本文通過(guò)采用跨層協(xié)作的方式，將物理層的極化碼安全編碼機(jī)制

2、與高層的混沌加密機(jī)制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息在低安全容量以及負(fù)安全容量的竊聽(tīng)信道模型下快速可靠安全的傳輸。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　論述了信道極化理論、極化碼編解碼機(jī)制以及信源極化理論的相關(guān)理論基礎(chǔ)。闡述了信道極化過(guò)程中的信道合并與信道分割特性，介紹并分析了極化碼的編碼機(jī)制的構(gòu)造方式及其譯碼機(jī)制的誤碼率。同時(shí)還論述了信源極化的原理及極化機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了相關(guān)的無(wú)損信源編解碼機(jī)制。上述極化理論研究基礎(chǔ)對(duì)構(gòu)造竊聽(tīng)信道模型下極化碼安全編

3、碼機(jī)制具有重要指導(dǎo)意義。
　　針對(duì)竊聽(tīng)信道模型下基于極化碼的物理層安全編碼機(jī)制展開(kāi)了相應(yīng)的研究和討論。對(duì)于對(duì)稱(chēng)退化竊聽(tīng)信道模型，闡述了基于極化子信道分割的極化碼安全編碼機(jī)制，分析了該安全機(jī)制的可靠性與安全性，證明了信道安全容量的可達(dá)到性。同時(shí)，將該極化碼安全機(jī)制拓展到一般性竊聽(tīng)信道模型，論述了基于信源極化理論以及分組鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的一般性解決方案，并證明了一般性竊聽(tīng)信道模型下該拓展極化碼安全編碼機(jī)制的安全性可靠性以及信道安全容量的可達(dá)到

4、性。
　　基于物理層安全編碼與高層加密算法跨層協(xié)作的安全機(jī)制，選擇混沌流密碼加密算法作為加密方法。對(duì)混沌流密碼加密的加解密方式、安全性問(wèn)題以及混沌系統(tǒng)特性進(jìn)行了論述。構(gòu)造了基于混沌二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的流密碼加密機(jī)制，介紹了其基于支持向量機(jī)的二進(jìn)制量化方式，分析了其密鑰流的隨機(jī)性問(wèn)題，并且給出了具體的加解密流程。
　　針對(duì)實(shí)際情況下低信道安全容的問(wèn)題，構(gòu)造了混沌流密碼加密機(jī)制與極化碼安全編碼機(jī)制相互耦合的跨層協(xié)作安全機(jī)制。在分

5、析了實(shí)際情況下物理層安全及編碼機(jī)制和安全加密機(jī)制的缺點(diǎn)與限制的基礎(chǔ)上提出了跨層互補(bǔ)的協(xié)作方式。在一般性竊聽(tīng)信道模型下，構(gòu)造了基于安全密鑰傳輸和可靠密文傳輸?shù)募用荞詈习踩幋a機(jī)制，成功實(shí)現(xiàn)了一次一密的安全加密體制。同時(shí)，給出了兩種不同的加密編碼方案來(lái)滿足密鑰空間安全性的需求。證明了該加密耦合編碼機(jī)制在安全性可靠性前提下可以達(dá)到高于信道容量的安全速率。
　　針對(duì)負(fù)信道安全容量條件下物理層安全編碼機(jī)制無(wú)效的問(wèn)題，提出了另一種混沌加密耦合