【窃听信道模型概述1900字】

窃听信道模型概述自无线电通信技术于十九世纪被发明以来，电子与信息方面技术一直在不断取得突破，通信模式也在逐步完善，其提供的服务也由传统的语音、文字发展到了多媒体、电子商务等内容丰富的数据业务服务。无线电通信已广泛地运用于数据链交互、战地信息传递、国防军事事业以及航空航天等领域REF_Ref71495550\r\h[14]。无线通信的基本模型主要包含以下几个部分：信源，这是发出信息的载体，一般默认输出二进制数；信源编码器，主要负责对信源的输出过程进行编码，该操作的目标是降低信源输出信息的冗余度，也可理解为在不影响信息的传递与理解的条件下对信息进行压缩，其中编码过程包括无损编码以及符合要求的有损编码；信道编码器，对经过信源编码器处理后输出的信息进行编码，其目的是使处理后的序列能够更适合在信道中被传输，信道编码一般会通过提高信息冗余度来增强信息在传输过程中的抗干扰性；信道，是信息传输的介质；信道解码器，通过对接受的序列进行解码，可以纠正一些传输错误；信源解码器，解码的对象是信道解码器的输出，并恢复原始的信息序列；信宿，即需要原始信息的人。物理层安全编码技术的研究以信息理论安全为基础，所谓“信息理论安全”中的“安全“主要涵盖两方面，一是要保证合法通信用户之间传递的信息的可靠度，一是要保证合法通信用户之间传递的信息的安全性。由于信道之间存在着或大或小的差异，在实际运用中需要设计出一种无需考虑窃听用户计算能力，而仅在物理层经过简单的编译码处理就足以保证合法通信用户信息传输的可靠性与安全性的安全通信方法。该编码行为的目的是达到“信息零陷”的效果，即对于合法接收者来说，私密信息能够被正常译码读取获得；而窃听者仅能正确解调出部分无法从中消除对私密信息的疑义度的无用信号。对于物理层中保证通信安全的编码方式问题的研究主要有两种类型。一种是最早由wyner提出的以合法用户不包含噪声、窃听用户包含噪声为条件的安全编码；另一种是以合法用户与窃听用户都包含噪声为条件的安全编码。在这种种编码方法中，极化码已经成为了近年来物理层通信安全的编码方法研究问题的热点，因为其具有与众不同的信道的极化特性和相对而言不高的编译码复杂度，所以它的研究与完善对于信道编码技术的研究和发展有着至关重要的作用。二十世纪中叶，Shannon给出了“一字一密（One-Time-Pad,OTP）”通信的最优保密通信系统模型，这是研究保密通信系统的历史中首次有人从一个新的角度即信息论的角度研究安全通信技术，从而建立了信息理论安全的概念。ShannonREF_Ref71492816\r\h[23]对“安全通信”首先提出了如下的定义方式：假设发送者Alice通过公共信道将k比特信息M传输给合法的接收用户Bob，如果信息M的编码为发送码字X使得互信息I(M;X)=0，则此次通信可以称作完美安全通信。在Shannon的观点中，发送端和接收端需要共享一个只有彼此双方知道的k比特密钥，从而保证二者之间的通信安全REF_Ref71584119\r\h[19]。继Shannon之后，Wyner于1975年提出了在离散无记忆信道下（DiscreteMemorylessChannel，DMC）的窃听信道模型，该窃听信道模型已经受到广泛关注与研究，成为目前研究的物理层安全通信的基本的信道模型，如图2.1所示。图2.1信道模型该模型由合法用户Bob、窃听者Eve、发送者Alice、主信道以及窃听信道构成。其中主信道和窃听信道均为DMC，且主信道自身的退化信道即为窃听信道。Wyner定义安全容量（SecrecyCapacity）即CS为一定条件下能达到的最大传输速率，该条件指窃听信道中能够保证合法用户双方正常地安全地通信，或者也可理解为窃听用户无法从中获取任何有效信息。窃听信道的安全容量作为研究窃听信道的重要参数，人们为了实现窃听信道更理想的性能时，总是通过优化该信道的安全容量。REF_Ref71623941\r\h[27]。合法的发送端Alice由主信道向合法的接收端Bob发送信息；由于通信信道中存在着噪声的干扰，所以合法的发送端Alice和非法的窃听者Eve之间有窃听信道的存在，因此发送端Alice发送的信号也会被部分地传输到窃听者Eve。主信道上的传输过程可以表示为如下的马尔科夫链：M→Xn→Yn→M，而窃听信道上的传输过程可以表示为如下的马尔科夫链：M→Xn→Zn。为了保证通信的安全和无误，发送端Alice应该以下两个要求作为编码时的目标：（1）安全性：合法的发送端Alice发出的信号Xn将不会被非法的窃听者窃取，即窃听者通过不正当途径获取到的接收信号Zn中不包含合法的发送端Alice发出的信号𝑋𝑛的信息。（2）可靠性：𝑌𝑛应以足够小的误码率𝜀𝑛被解码并输出为M，即合法接收端接收到的信息序列的误码块率应低于某一指定值。Wyner提出，当码字的长度足够长时，窃听者Eve的疑义度（Equivocation