摘 要

近年来，随着社会对信息的需求增长和现代通信技术研究的不断深入，为开辟信息安全传输的新道路，利用物理层丰富的资源，物理层的安全问题也成为了研究中的关键问题。物理层的安全编码问题目前还在处于探索阶段，由于安全编码对信道的依赖性比较强，且如今安全编码的安全增益也很有限，这些都是在实际应用中需要解决的难题。本论文的主要研究内容是针对McEliece公钥加密体制的，阐述了基本的加密、解密原理，并从物理层安全的角度对几种经典攻击下的安全性进行了分析，计算相应的疑义度，并用MATLAB进行仿真，根据仿真结果说明攻击是否可行。此外，还在原本的McEliece公钥加密体制的基础上，针对攻击方法说明了一种改进方案，分析了该改进方案的安全性，通过计算改进后的方案的疑义度，说明了新方案的优缺点，能抵抗Brickell攻击，但是不能抵抗全码攻击。

关键字：物理层安全；McEliece加密；伴随编码

Abstract

In recent years,with the demand for information growth and modern communication technology,creating a new way of information security transmission through rich resources,physical layer security problem has become a key issue.Physical layer security is still at the exploratory stage, due to the high dependence on the channel and the limitation on the security gains, which have to be solved as the practical problems. McEliece public key encryption system is the main topic in this dissertation. The basic encryption and decryption principle of McEliece encryption system have been described, and the security levels under several attacks have been analyzed though the calculation of the equivocation and Matlab simulation.In addition, based on the traditional McEliece public key encryption system, a modified system has been proposed to break Brickell’s attack. It has been proved that the modified system exhibits zero information leakage under Brickell’s attack, and the price for this higher security is a lower information rate.

Keywords: Physical Layer Safety；McEliece Cryptography；Syndrome Coding Scheme

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.2 课题研究的现状分析 1

1.3 课题研究内容 2

第2章 基本原理 3

2.1 保密系统 3

2.2 疑义度 5

2.3 伴随编码机制 6

2.4 本章小结 7

第3章 McEliece加密机制 8

3.1 McEliece公钥加密体制及其变型 8

3.1.1 McEliece公钥加密机制的基本原理 8

3.1.2 Niederreiter变型 8

3.1.3 基于RS码的变型 9

3.2 McEliece加密的安全性分析 9

3.2.1 Brickell攻击 9

3.2.2 全码攻击 10

3.2.3 最小汉明重量的码字攻击 11

3.2.4 相关消息攻击和消息重发攻击 11

3.3 仿真分析 12

3.4 本章小结 14

第4章 McEliece加密机制的改进方案 15

4.1 基本原理 15

4.2 Brickell攻击 16

4.3 全码攻击 17

4.4 本章小结 18

第5章 总结与展望 19

5.1 总结 19

5.2 展望 20

致谢 21

参考文献 22

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

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。随着社会对信息的需求增长和现代通信技术研究的不断深入，为开辟信息安全传输的新道路，利用物理层丰富的资源，物理层的安全问题也成为了研究中的关键问题。

物理层虽然是计算机网络OSI（开放式通信系统互联）模型中的最底层，但它却是整个系统的基础。在传统的无线通信过程中，信息安全技术大部分是针对网络层及其以上各个部分的，但是在物理层资源方面的发展，物理层安全问题也逐步成为了为数据传输提供一个可靠环境时不容忽视的一部分。物理层安全技术是作为上层安全的补充出现，在很大程度上也能够增强整个系统的保密安全性能。

信息在传输过程中因为有着被窃听者截获的可能，因此，为了对这些内容进行保密，就需要采用加密编码。随着加密编码的不断发展，逐渐形成了现代密码学，涵盖密码编码学和密码分析学两部分。前者是指密码体制的设计学，主要目的是保持明文（或密钥，或明文和密钥）的秘密以防止窃听者（也叫对手、攻击者、截取者）知晓。后者是指在未知密钥的情况下从密文推演出明文或者密钥的技术，成功的密码分析能恢复出消息的明文或密钥。密码分析者也能针对找到的密码体制的缺陷，从而攻破这种加密体制。

如果不论截取者获得了多少密文，但是在密文中都没有足够的信息来唯一地确定出对应的明文，则称这一密码体制是无条件安全的，或者称为在理论上是不可破的。我们的注意力主要是在设计出在计算机上是不可破的加密体制。若一个加密体制在规定时间内不能被现有的计算机资源破解，那么就可以说它在计算机上是安全的。

1.2 课题研究的现状分析

自无线通信技术问世以来，它就以迅雷不及掩耳之势渗入到人们工作、生活甚至娱乐中，随着电子技术和互联网技术的飞速发展，它已经迅速成为我们生活的一部分。因此，通信安全也随之成为海内外学者关注的重点。

物理层安全是以窃听信道模型为基础的，包含了保密编码，密钥协商，协作干扰等技术，在这些技术方面也已经取得了不错的成果，并且还在不断成熟发展。