[发明专利]一种基于以太网通信的物理层安全编码系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于以太网通信的物理层安全编码系统，属于物理层安全通信的技术领域。

背景技术

高效、高速和高性能是以太网的显著特点，按照OSI七层网络模型，以太网技术的关键在于数据链路层和物理层，其中数据链路层包括媒体接入控制MAC子层和逻辑链路控制LLC 子层。

物理层安全编码是一种利用无线信道的差异性，在保证授权双方信息可靠传输的同时，获得信息安全传输的信道编码技术，可以在不使用密钥的条件下使得私密信息得到安全传输而不被第三方窃听。为了更好地刻画可靠性和安全性的关系，研究者给出了安全距离的概念。安全编码对应的安全距离越小，就越容易将合法信道与窃听信道的质量差异转化为BER上的差异，达到可靠且安全传输的目的。

这里提出一种将私密信息置乱与信道编码相结合的安全编码架构，通过在信道编码前级联一个非奇异随机置乱矩阵(错误扩散矩阵)，将信道译码后的残余错误扩散到全部符号中，提高低信噪比(SNR)区域内的比特错误概率(BER)，使得窃听者的BER迅速提高，达到减小安全距离的目的。LDPC码是一种参数灵活可变的线性分组码，采用消息传递的迭代译码，可以并行实现，具有强大的纠错性能，在多种通信标准中得到广泛应用。无线局域网IEEE 802.11n标准规定的LDPC码具有准循环结构，可以降低编译码的复杂度，且码长和码率灵活可变，满足多种速率要求。

现有技术中安全编码的主要技术有：1)通过分析不同衰落幅度下私密信息的译码错误概率，然后给出与信道衰落幅度特征相匹配的私密信息隐藏位置选取规则；最后结合私密信息置乱将译码残余比特错误扩散到整个码字中，进一步提高窃听者对私密信息的译码错误概率。2)基于平衡扩散多输出函数的安全编码方法。利用所设计函数的最佳错误扩散能力，对信道译码后的误比特率进行放大，达到减小安全距离的目的等安全编码的技术。上述安全编码的技术虽然已经较为成熟，但是实现较为复杂，且减小的安全距离与理想值存在差距，不能很好的保证物理层编码的可靠性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于以太网通信的物理层安全编码系统。

发明概述：

本发明的通过以太网通信，采用WinPcap实现安全编译码硬件系统与PC软件界面的联调，软件和硬件的协同工作实现了整个物理层安全编码系统，能更方便测试安全编译码的性能。本发明的技术方案为：

一种基于以太网通信的物理层安全编码系统，包括服务器、FPGA模块和以太网通信辅助平台；所述FPGA模块包括物理层PHY芯片、MAC控制器和FIFO存储器；FPGA模块实现安全编译码功能；

根据本发明优选的，所述服务器的工作模式包括，图像传输模式和安全距离测量模式；在图像处理模式下，服务器向FPGA模块发送图像信源，FPGA模块对图像信源安全编译码后发回服务器，服务器对处理前后的图像信源进行比较，评判系统的安全编码性能；在性能测试模式下，FPGA模块产生随机信源，并向服务器发送随机信源在不同信噪比下的误码率数据，服务器对所述误码率数据进行分析，评判系统的安全编码性能。该系统可分为性能测试和图像传输两个模式，性能测试模式下服务器接收FPGA发送的误码率，实现安全编码的性能测试；在图像传输模式下，服务器接收FPGA对图像信源编译码后的信息，服务器对比处理前后的图像，直观地分析安全编码的性能效果。

进一步优选的，所述图像传输模式下，服务器选定图像传输控制参数，向FPGA模块传输图像传输控制参数和图像信源；所述图像传输控制参数包括图像信源的码长、码率和信道信噪比；所述安全距离测量模式下，服务器选定随机传输控制参数，向FPGA模块传输随机传输控制参数，所述随机传输控制参数包括，随机信源的码长、码率和信道信噪比的起点、终点、间隔。

根据本发明优选的，所述FPGA模块通过无线局域网IEEE 802.11n标准，实现码长、码率可变的LDPC码编码；通过BP译码和最小和译码算法实现译码。LDPC码是一种参数灵活可变的线性分组码，具有强大的纠错性能，当信噪比提高到一定的大小，误码率能快速降低，无线局域网IEEE 802.11n标准规定的LDPC码具有准循环结构，可以降低编译码的复杂度，物理层安全编码采用这种信道编码，可以在用户信道中机会达到无误码传输，极大提高物理层安全编码性能。