面向物理层信息安全的QC⁃LDPC跳码设计

李 广，朱宏鹏，李 聪，葛瑞星，李广侠

（陆军工程大学通信工程学院，南京 210007）

引 言

随着无线通信网络的快速发展，其隐私和安全变得越来越重要。传统观念下的通信安全性被视为物理层之上的独立特性。如图1所示，目前广泛使用的加密协议（如RSA和AES）都是在物理层已经建立并提供无错误连接的假设下设计和实现的。随着通信破译端计算力的大幅度提升，传统加密面临着巨大的挑战和威胁。例如：2019年法国国家计算机科学与应用数学研究所在高速计算机上利用大数分解算法成功破译迄今最长的RSA密钥。

图1 传统加密编码图Fig.1 Code diagram for traditional encryption

近年来，物理层安全技术在学术领域引起了广泛关注［1⁃2］，它是一种通过物理层上信号处理技术来提高通信安全的有效方法。物理层安全的基本原理［3］表明：当合法通信的信噪比优于窃听信道时，绝对安全是可行的，可达的安全通信速率上界称为保密容量。例如合法通信方在其信噪比（Signal to noise ratio，SNR）下可收到的信息量为IB，窃听方在其SNR下可收到的信息量为IE，此时保密容量CS=max(IB-IE)。但是这种安全的稳定性很差，保密容量随着信道质量而频繁变化，某些情况下甚至为0，仅依据保密容量限定进行系统设计存在局限性。因此，本文提出一种不受制于信道质量的物理层加密的方式，以解决窃听方的接收信噪比高于译码门限时的安全通信问题。

如图2所示，本文将加密方案与信道编码技术相融合，基于差错控制编码的随机跳变来增加窃听方侦收和破译的难度，提高安全等级。……