摘 要

随着计算机科学技术的不断发展，计算机运算能力与运算速度也不断提升，传统基于密码学的安全机制日益受到威胁，而物理层安全编码有不受窃听者计算能力影响的优点，因此物理层安全技术的研究也就显得愈加重要。物理层资源的多样性和丰富性给物理层安全技术研究的开展提供了广阔的空间。本文总结了物理层安全技术国内外研究的现状和广泛的应用前景，也对物理层安全编码的相关理论基础进行了简单的介绍，并对窃听信道下不同码的疑义度进行分析和计算。物理层安全技术的研究虽然已经有了几十年的历史，但是目前大多还是基于理论的研究，并未真正地应用于实际系统。因此，如何将传统的安全技术和物理层安全编码技术结合起来，使其发挥各自的优势，从而使无线通信更加安全可靠是未来研究的重点。

关键词： 无线通信；物理层安全；窃听信道；疑义度

Abstract

With the continuous development of computer science and technology, the ability and the speed of the computer grow fast. The security mechanism based on the traditional cryptography has been increasingly threatened. However, the physical-layer security coding has an advantage that it isn’t influenced by eavesdropper’s computing power, so the physical security technology research becomes more and more important. The diversity and richness of the physical resources provide a broad space for the physical security technology research. The paper summarizes the existing research of physical security technology in the domestic and overseas, also introduces the related theories of the physical layer security coding briefly, and calculates the equivocation of the wiretap channel by different codes. The physical security technologies have been studied for decades, but most of them are based on the theoretical research at present, and it is not really applied in the actual system. Therefore, how to combine the traditional security technology and the physical layer security code to make them playing their respective advantages to make wireless communication more safe and reliable is the most important topic in the future.

Key Words: wireless communication; physical-layer security; the wiretap channel; equivocation

目录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的目的 1

1.2国内外研究现状分析 2

1.3论文安排 2

第2章 基础理论 4

2.1物理层安全编码基本知识 4

2.1.1发展历程 4

2.1.2物理层安全编码与加密机制的优缺点比较 5

2.2信道模型 6

2.2.1二进制对称搭线窃听信道 6

2.2.2二进制删除搭线窃听信道 7

2.3安全性的分析及度量方法 8

2.3.1信道安全容量 8

2.3.2疑义度 9

2.4 本章小结 10

第3章 几种经典的安全编码方法 11

3.1线性分组码 11

3.2 Wyner编码 14

3.3伴随编码机制 15

3.2.1伴随式 15

3.2.2编码过程 17

3.2.3译码过程 17

3.2.4 伴随编码的疑义度的理论推导 18

3.4 本章小结 19

第4章 经典编码安全性的仿真计算 20

4.1编程实现疑义度的计算 20

4.1.1 方法一计算疑义度 20

4.1.2 方法二计算疑义度 21

4.1.3两种算法的复杂度比较 22

4.2研究成果分析 22

4.2.1疑义度随着信息率变化的关系 22

4.2.2疑义度与的变化关系 23

4.2.3疑义度随码长的变化关系 26

4.3 本章小结 27

第5章 总结与展望 28

参考文献 29

致谢 30

第1章 绪论

近年来，无线通信无论是在人们的生活中还是工作中都扮演着越来越重要的角色，因此其安全性在它刚诞生的时候就一直是人们关注的重点。传统解决通信安全的方法都是以密码学为基础的安全保密技术，它的目的在于不断提高破解密码所需要的计算量，以增加非法用户得到有效信息的难度，而物理层安全则是利用物理信道的唯一性和互异性等物理特性来实现信息的加密以达到信息安全传输的目的等^[1]。本文的主要任务就是对窃听信道的物理层安全性进行分析和研究。

本章首先介绍了论文研究的目的和国内外研究现状，然后给出了论文的整体结构安排。

1.1课题研究的目的

随着无线通信技术的迅速发展，以及各种窃听手段和工具的不断升级，保证通信的安全传输成为一个重要且棘手的问题。人们习惯于利用各种加密机制、加密算法来实现安全通信，而这些传统的以密码学为基础的加密技术是让窃听者即便得到与合法用户一样的信息流，也会因为得不到正确的密钥而无法准确地解密信息流中的有效信息。而密钥并非无限的，因此通过大量的猜想和试验是可以得到正确的密钥的，即对信息流进行解密，只是通常这种试验的方法计算量都很大，这样就使得解密的可能性变得很小^[2]。

对于安全技术人员来说，物理层安全是通信安全的第一重天然保护层，在通信安全系统中有着无与伦比的地位。这些年来，物理层安全越来越受到各国学者们的关注，人们开始把注意力从传统的安全加密技术分散一些到物理层安全技术。人们利用无线信道的唯一性和互异性等物理属性来实现保密传输，这些属性对于窃听者来说是很难破解的，这样一来，窃听者就不能得到和合法接收者一样的信息，使通信更加安全。