基于反馈和LDPC码的窃听信道建模

摘要

移动通信技术飞速发展，随着移动通信这种先进的通信方式的普及，它在人们的社会生活中占有重要地位，如：通过无处不在的移动通信进行电子商务和电子银行服务。随着移动通信技术的飞速发展和普及，其中的安全问题正受到越来越多的关注，无线信道的开放性使移动通信网络面临着更多的安全威胁，如窃听和假冒，因此通信中存在的各种安全威胁也是目前所面临的一个巨大难点。
　　 传统的安全通信都是在物理层之上进行研究和实现，通过合法通信双方共享密钥来实现秘密通信，无线通信广播的特性和通信双方没有直接的物理媒体连接的特性，使得攻击者能容易地截获信息、伪造信息，加之无线通信终端受物理尺寸的限制，不能采用复杂的、高强度的加密方法和共享复杂的密钥，因此无线通信在底层——物理层解决安全问题成为必要。
　　 物理层信息安全是最近几年国际上兴起的一个新的安全通信热点。物理层加密的核心思想是通过物理层编码、调制方式的适当设计，实现合法双方能实现可靠的通信，而非法窃听者却不能获得有用信息；物理层信息安全不仅是在物理层防止攻击者窃听，同时也可以利用无线信道的特性，或利用信号所包含的信道信息，使接收者能识别合法的发送方，摈弃篡改或伪发的信息，达到信息认证的目的。本论文将关注物理层的加密技术。
　　 早在1975年贝尔实验室的Wyner提出：只要窃听者的窃听信道比合法通信双方的主信道的信道条件恶劣，合法通信双方就可以不需共享任何密钥而实现秘密通信。Wyner提出的理论中，如何建立窃听信道更恶劣的信道环境成为无条件秘密(合法通信双方不需共享任何密钥的秘密通信)通信的关键，多年关于窃听信道的建立方法一直是物理层安全加密的瓶颈问题。
　　 本文主要研究了应用信道编码，利用信道噪声来建立窃听信道模型。基于不同信道噪声特点的不同，本文主要在BSC和AWGN信道条件下建立交替通信和LDPC码的门限特性来建立窃听信道模型；针对该两种信道特性的不同，分别进行了分析；对不同信道噪声条件下，反馈叠加和信道编码参数的选择进行了研究；最后通过加入秘密编码来完成在该窃听信道上实现无条件的秘密通信，对由此建立的无条件秘密系统的性能进行了数值仿真。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略语

声明

第一章引言

1.1课题背景及意义

1.1.1无线通信的安全

1.1.2物理层安全方案

1.2论文结构安排及主要成果

第二章信息论安全的基础原理

2.1基本定义

2.2现代密码学的基本原理及局限性

2.3窃听信道容量

2.3.1窃听信道模型

2.3.2随机编码以达到秘密容量

2.3.3窃听信道模型的相关性

2.3.4二元对称窃听信道模型的扩展

2.3.5三终端密钥协议

2.3.6密钥协议结果的伸展

2.4本章小结

第三章信道容量与LDPC码

3.1信道容量

3.1.1离散无记忆信道容量

3.1.2二元对称信道(BSC)的容量

3.1.3AWGN信道

3.2LDPC码

3.2.1概述

3.2.2LDPC码的概念

3.3LDPC码的编码构造

3.3.1随机LDPC码的简化编码复杂度构造

3.3.2半随机LDPC码的简化编码复杂度构造

3.4LDPC码的译码

3.4.1软判决译码的基本原理

3.4.2LDPC码的硬判决位翻转译码算法

3.4.3LDPC码的和积译码算法

3.5本章小结

第四章Wiretap ChannelⅠ概述及信道建模

4.1Wiretap ChannelⅠ概述

4.1.1 Wiretap ChannelⅠ概述

4.2窃听信道建模

4.2.1一次交替的BSC窃听信道模型

4.2.2多次交替的BSC窃听信道模型

4.2.3高斯窃听信道模型

4.2.4高斯窃听信道仿真

4.3本章小结

第五章无条件安全通信系统

5.1安全通信系统模型介绍

5.1.1传统的密码系统的安全模型

5.2无条件安全的研究历史

5.3无条件秘密通信系统模型

5.3.1秘密编码

5.3.2无条件秘密通信系统

5.3.3无条件秘密通信系统仿真

5.4本章小结

第六章总结

6.1本文工作总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

个人简历

附录A各种信道的Shannon限