[发明专利]一种基于切换的物理层信息安全传输方法

说明书

本发明提供了一种基于切换的物理层信息安全传输方法。该方法包括：根据传输携带物理层信息的正常信号的信道设计干扰信号，基于正常信号和干扰信号计算出窃听者和合法接收端处的信干噪比；将多个干扰机分布部署在网络中，根据窃听者的信干噪比设计干扰机切换策略，该干扰机切换策略的参数包括干扰机切换门限值；以最大化网络的切换效率为目标通过设定算法求解所述干扰机切换策略的约束条件，获取最优的干扰机切换门限值与正常信号的保密速率。本发明方法公开了一种新颖的基于切换的物理层信息安全传输策略，将物理层安全技术与工业互联网场景结合起来，能够实现保护系统中隐私消息不被窃取，对抗实际场景中具有智慧的移动窃听者的目标。

技术领域

本发明涉及物理层信息传输技术领域，尤其涉及一种基于切换的物理层信息安全传输方法。

背景技术

工业4.0即是以智能制造为主导的第四次工业革命或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息物理系统，将制造业向智能化转型。主要实现方式是通过信息物理系统，总体掌握从消费需求到生产制造的所有过程，由此实现高效生产管理。智能制造是可持续发展的制造模式，他借助计算机建模仿真和信息通信技术的巨大潜力，优化产品的设计和制造过程，大幅度减少物质资源和能源的消耗以及各种废弃物的产生，同时实现循环再用，减少排放，保护环境。但人们在享受智能化所带来的便利的同时，也遭受着个人数据隐私泄露与隐私信息被非法窃听者窃取的困扰，如何确保工业互联网中隐私信息不被窃取，成为了目前工业领域急需解决的新问题。

目前，无线通信系统的安全保护技术主要来源于应用于传统有线通信系统中的密钥加密技术。密钥加密技术是在网络协议栈的上层应用加密算法来保护通信信息的安全传输，其利用特定密钥对信息加密，信息从发端到收端均以密文形式传输。但是由于密钥加密技术的安全性主要依赖于加密算法的计算复杂度，使得其在无线通信系统中的应用具有一定的局限性。物理层安全技术是通过利用无线信道时变、衰落和互易等特性，如信道衰落、信道噪声和相位移动等，实现了基于物理层层面上的信息安全传输，达到了提高无线通信系统安全性的目的。该理论是通信系统基于物理层自身的特征进行加密，要求合法接收者在能够无差错接收信息的同时要保证其他非法用户无法窃听。

总体来说，物理层安全方法主要分为四大类，分别是基于物理层特性进行密钥分配管理的方法、基于信道安全编码的方法、基于信号处理的方法和物理层认证技术。其中，基于信号处理的物理层安全方法，其核心思想是通过各种信号处理技术比如预编码技术、波束赋形技术和人工噪声技术等来改善合法信道的信道状态并恶化窃听信道的信道状态，从而提高合法接收端的接收信号信噪比，降低非法窃听端的接收信号信噪比，从而保证了信号的安全传输。与前两种方法相比，该方法由于复杂度较低，并且还具有多个性能指标参数用于评价通信系统的安全程度，诸如保密容量和安全中断概率等，所以在工业互联网中的应用有广泛的前景。

目前，现有技术中的物理层安全策略的缺点包括：多用于蜂窝网络等具有多天线、强发射功率的网络，不适合能力受限的具有单天线、弱发射功率的物联网场景。

多设计对抗非移动状态窃听者，无法对抗移动窃听者，因为移动窃听者可能会根据网络状态向弱干扰区域移动。

对移动模型的建模多限于传统理想状态下的随机移动模型，不适合描述实际状态中节点的移动情况。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于切换的物理层信息安全传输方法，以实现保护系统中隐私消息不被窃取。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于切换的物理层信息安全传输方法，包括：

根据传输携带物理层信息的正常信号的信道设计干扰信号，基于正常信号和干扰信号计算出窃听者和合法接收端处的信干噪比；

将多个干扰机分布部署在网络中，根据窃听者的信干噪比设计干扰机切换策略，该干扰机切换策略的参数包括干扰机切换门限值；