1.一种基于喷泉码控制与数据互锁的无线安全传输方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)合法发送端将源数据分为K个二进制原始数据包T1,T2,…,TK,其中,每个二进制原始数据包的长度均为WKbits,并根据原始数据包的个数K得服从鲁棒孤子度分布的LT编码的度分布函数ρ(dK),其中,dK为K个原始数据包时的编码度值;
通过改进的RC4伪随机数生成算法分别得到服从ρ(dK)分布的正整数伪随机序列Rd=[rd,1,rd,2,…,rd,i](1≤rd,i≤K,i≥1)及服从(0,K)区间均匀分布的正整数伪随机序列Rw=[rw,1,rw,2,…,rw,j](1≤rw,j≤K,j≥1),其中,rd,i表示伪随机序列Rd中的第i个伪随机数,rw,j表示伪随机序列Rw中的第j个伪随机数,伪随机序列Rd及伪随机序列Rw的随机数种子分别为比特序列 和 伪随机序列Rd及伪随机序列Rw的随机数种子长度均为WRbits;
对二进制原始数据包T1,T2,…,TK进行LT编码,得到喷泉码编码包S1,S2,S3…;
对每一个喷泉码编码包Si添加包序号Vi,得到待发送数据包Xi=[Vi,Si](i≥1),最后将待发送数据包通过链路层添加CRC校验码、进行信道编码以及数字调制后广播给合法接收端;
2)合法接收端接收合法发送端发送的数据包Yj=[Vj,Sj](j≥1),缓存喷泉码编码包数据Sj,并将包序号Vj记录到接收包序号集SN中,合法接收端在接收到L个喷泉码编码包后,利用基带人工噪声对接收包序号集SN的基带信号进行加密,得噪声加扰的反馈信号FAN,再将噪声加扰的反馈信号FAN反馈给合法发送端;
3)合法发送端利用所述基带人工噪声解密反馈信号FAN,得到接收包序号集SN,再将正整数伪随机序列Rd=[rd,1,rd,2,…,rd,i](1≤rd,i≤K,i≥1)和Rw=[rw,1,rw,2,…,rw,j](1≤rw,j≤K,j≥1)的随机数种子 及 分别作为密钥,将接收包序号集SN中所有包序号Vi(1≤i≤L)对应的喷泉码编码包数据[SSN(1),SSN(2),…,SSN(L)]与长度为WRbits的密钥相匹配,得到匹配后的喷泉码编码包数据[S′SN(1),S′SN(2),…,S′SN(L)],其中,SSN(i)和S′SN(i)分别表示接收数据包序号集SN中第i个包序号所对应的喷泉码编码包以及匹配后的喷泉码编码包,然后利用匹配后的喷泉码编码包数据对两个比特密钥 及 分别进行逐位异或加密,得到加密密钥SRd和SRW;
最后合法发送端将加密密钥SRd和SRW发送给合法接收端,并在收到密钥解密ACK确认信息后发送后续的喷泉码编码包,否则,继续发送加密密钥SRd和SRW;
4)合法接收端对缓存的前L个喷泉码编码包数据进行与步骤3)中一致的数据长度匹配,得到匹配后的喷泉码编码包数据[S′SN(1),S′SN(2),…,S′SN(L)],并利用匹配后的喷泉码编码包数据[S′SN(1),S′SN(2),…,S′SN(L)]对接收到的加密密钥SRd和SRW进行解密,得随机比特种子 和 并向合法发送端反馈密钥解密ACK确认信息,否则,继续接收并解密密钥;
合法接收端根据改进的RC4伪随机数生成算法恢复出与合法发送端相同的伪随机序列Rd=[rd,1,rd,2,…,rd,i](1≤rd,i≤K,i≥1)和Rw=[rw,1,rw,2,…,rw,j](1≤rw,j≤K,j≥1),然后根据所述伪随机序列和接收编码包的包序号Vj(1≤j≤N),恢复出所有已接收喷泉码编码包的编码生成矩阵G=[g1,g2,…,gN],其中,N为接收到的喷泉码编码包的个数,G中的元素gi(1≤i≤N)为第i个接收编码包的编码向量且由(0,1)比特构成,合法接收端利用生成矩阵G=[g1,g2,…,gN]对喷泉码编码包进行解码,最终在完成解码并恢复出所有原始数据后向合法发送端反馈解码完成ACK确认信息,结束本次喷泉码安全传输。
2.根据权利要求1所述的基于喷泉码控制与数据互锁的无线安全传输方法,其特征在于,步骤1)中,在对第i个喷泉码编码包Si的编码过程中,将伪随机序列Rd中的第i个随机数rd,i用作喷泉码编码包Si的随机编码度值di,并依次选择伪随机序列Rw中的di个随机数构成随机数组 作为所有参与喷泉码编码包Si编码的原始数据包编号,其中,j表示伪随机序列Rw中当前所取到的随机数序号。
3.根据权利要求1所述的基于喷泉码控制与数据互锁的无线安全传输方法,其特征在于,步骤2)中的基带人工噪声由第三方可信中心向合法收发用户发送。
4.根据权利要求1所述的基于喷泉码控制与数据互锁的无线安全传输方法,其特征在于,步骤2)中的L由合法接收端随机决定,并且满足K≤L≤KZ,且在服从鲁棒孤子度分布的LT编码中,为确保未成功译码的概率小于给定输入参数δ,合法接收端收到的喷泉码编码包个数至少为KZ。
5.根据权利要求1所述的基于喷泉码控制与数据互锁的无线安全传输方法,其特征在于,步骤3)中逐位异或加密过程可表示为:
6.根据权利要求1所述的基于喷泉码控制与数据互锁的无线安全传输方法,其特征在于,步骤3)中长度为WKbits的喷泉码编码包数据与长度为WRbits的密钥相匹配的具体操作为:当WK>WR,则截取所有喷泉码编码包数据[SSN(1),SSN(2),…,SSN(L)]的前WRbits组成匹配后的喷泉码编码包数据[S′SN(1),S′SN(2),…,S′SN(L)];
当WK
当WK=WR,喷泉码编码包数据[SSN(1),SSN(2),…,SSN(L)]可直接用作匹配后的喷泉码编码包数据[S′SN(1),S′SN(2),…,S′SN(L)]。