本發(fā)明涉及無線通信和信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于聯(lián)合正態(tài)分布的隱蔽通信方法。

背景技術(shù)：

無線通信系統(tǒng)的廣播特性使得數(shù)據(jù)在傳輸過程中容易遭到潛在的非法用戶的截取。傳統(tǒng)的基于密鑰協(xié)議的保密方法都是假設(shè)竊聽方的計(jì)算能力是收到限制的，這意味著隨著超計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，破譯密碼是可能的。因此，基于密鑰協(xié)議的保密方案已經(jīng)面臨淘汰，找出一種可行的替代方案迫在眉睫。

目前，有學(xué)者提出了基于信息論的物理層安全通信方案，這類方案為合法用戶之間的通信提供了所謂的“絕對保密”。但是，這種方法只是阻止了非法用戶竊取有效通信內(nèi)容，非法用戶還是能夠檢測到合法用戶之間通信的信號，合法用戶的通信的隱蔽性依舊無法得到保證。

為了彌補(bǔ)以上保密技術(shù)的缺陷，有學(xué)者提出一種利用服從對稱alpha分布(SαS)的噪聲來實(shí)現(xiàn)隱蔽通信的數(shù)字通信系統(tǒng)。隱蔽信息通過控制特征指數(shù)，使得發(fā)送的隱蔽信號具備與信道噪聲相似的隨機(jī)特性，非法用戶無法區(qū)分噪聲的來源，進(jìn)而無法檢測到合法用戶之間的通信，因此，通信的安全性和隱蔽性同時(shí)得到了保證；合法的接收方收到隱蔽信號后，通過估計(jì)特征指數(shù)提取隱蔽信息。但是對于不同特征指數(shù)的SαS信號，其時(shí)域上的脈沖特性不同，這大大降低了合法用戶之間通信的隱蔽性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有通信方法的隱蔽性較差的不足，本發(fā)明提供了一種具有很強(qiáng)的隱蔽性的基于聯(lián)合正態(tài)隨機(jī)過程的隱蔽通信方法；利用高斯分布的噪聲序列作為隱蔽信號來傳輸隱蔽信息，高斯噪聲存在于實(shí)際的無線通信系統(tǒng)中，對于竊聽方而言，很難區(qū)分收到的噪聲是來源于背景噪聲還是通信雙方發(fā)射的隱蔽信號，因此具有很強(qiáng)的隱蔽性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于聯(lián)合正態(tài)隨機(jī)過程的隱蔽通信方法，包括隱蔽信息在物理層的隱藏方法和估計(jì)方法；所述隱蔽信息在物理層的隱藏方法包括以下步驟：

1-1:生成一個(gè)高斯序列作為參考序列，記為η₁，發(fā)送給合法接收方。

1-2:如果隱蔽信息已經(jīng)發(fā)送完畢，則結(jié)束。否則，生成一個(gè)與η₁獨(dú)立的高斯序列，記為ξ；根據(jù)隱蔽信息比特選擇相關(guān)系數(shù)ρ；根據(jù)公式生成新的高斯序列η₂，并發(fā)送給合法接收方；

1-3:η₁←η₂，也即η₂序列拷貝至η₁，再轉(zhuǎn)到步驟1-2；

所述隱蔽信息在物理層的估計(jì)方法包括以下步驟：

2-1:接收方接收到發(fā)送方發(fā)送的隱蔽信號λ₁；

2-2:接收方接收到一個(gè)新的、相鄰的隱蔽信號λ₂，計(jì)算λ₁、λ₂之間的相關(guān)系數(shù)；

2-3:將步驟2-2中計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)的估計(jì)值通過一個(gè)判決器，得到發(fā)送方發(fā)送的隱蔽信息比特的估計(jì)值；

2-4:λ₁←λ₂，也即λ₃序列拷貝至λ₁，再轉(zhuǎn)到2-2。

進(jìn)一步，所述步驟1-1中，生成高斯序列并發(fā)送給合法的接收方，過程如下：

設(shè)隱蔽信息的比特周期為Tb；在Tb時(shí)間內(nèi)，設(shè)高斯序列的長度為N，生成一個(gè)均值為0、方差為的高斯序列作為隱蔽通信系統(tǒng)信息傳輸?shù)钠鹗紖⒖夹蛄小?/p>

再進(jìn)一步，所述步驟1-2中，根據(jù)隱蔽信息比特選擇相關(guān)系數(shù)，生成一個(gè)新的高斯序列，并發(fā)送給合法接收方，過程如下：

首先，判斷隱蔽信息是否發(fā)送完畢，若已發(fā)送完畢，則結(jié)束；否則繼續(xù)執(zhí)行接下來的步驟；

第i個(gè)隱蔽信息比特b，確定相關(guān)系數(shù)，當(dāng)待傳輸?shù)碾[蔽信息比特為“1”時(shí)，選擇ρ₁作為相關(guān)系數(shù)；當(dāng)待傳輸?shù)碾[蔽信息比特為“0”時(shí)，選擇ρ₀作為相關(guān)系數(shù)，也即

選取ρ₀＝-ρ₁＝-δ,0＜δ＜1；

在同一T_b內(nèi)，生成一個(gè)均值為0、方差為高斯序列 且與步驟1-1中的高斯序列η₁是相互獨(dú)立的；用相關(guān)系數(shù)ρ、序列和ξ，生成一組新的高斯序列其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

將η₂發(fā)送給合法的接收方，向量η₁、η₂為服從聯(lián)合正態(tài)分布序列。

更進(jìn)一步，所述步驟2-1中，接收方接收到發(fā)送方發(fā)送的隱蔽信號λ₁的過程如下：

接收方接收到經(jīng)過信道污染之后的發(fā)送方發(fā)送的隱蔽信號 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

λ₁＝η₁+w₁

式中是信道噪聲。

所述步驟2-2中，接收方接收到一個(gè)新的、相鄰的隱蔽信號λ₂，并計(jì)算λ₁與λ₂之間的相關(guān)系數(shù)：

接收方接收到一個(gè)新的與λ₁相鄰的隱蔽信號其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

λ₂＝η₂+w₂

式中是信道噪聲；

計(jì)算向量λ₁、λ₂的相關(guān)系數(shù)ρ，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中

所述步驟2-3中，合法接收方估計(jì)得到的隱蔽信息的比特記作為根據(jù)步驟2-2得到的來做估計(jì)，其估計(jì)的方案如下：

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：高斯噪聲序列作為合法通信雙方的隱蔽信號，發(fā)送方利用相鄰高斯序列之間的相關(guān)系數(shù)來傳輸隱蔽信息比特。接收方收到相鄰噪聲序列后，估計(jì)出相關(guān)系數(shù)，從而判決得到隱蔽信息比特。由于高斯序列擁有與信道噪聲相似的隨機(jī)特性，非法用戶即 便收到了隱蔽信號，依舊無法區(qū)分其信號源。因此，本發(fā)明具備良好的隱蔽性。此外，合理的安排隱蔽信號的發(fā)射功率和高斯序列的長度以及合理的相關(guān)系數(shù)，能夠使合法雙方之間通信的可靠性大大增強(qiáng)。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：具有很強(qiáng)的隱蔽性。

附圖說明

圖1是基于聯(lián)合正態(tài)隨機(jī)過程的隱蔽通信系統(tǒng)的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照圖1，一種基于聯(lián)合正態(tài)隨機(jī)過程的隱蔽通信方法，包括發(fā)送端的信息隱藏與接收端的信息恢復(fù)處理，

所述隱蔽通信系統(tǒng)發(fā)送端的信息隱藏包括以下步驟：

步驟1-1，設(shè)隱蔽信息的比特周期為T_b；在T_b時(shí)間內(nèi)，設(shè)高斯序列的長度為N。生成一個(gè)均值為0、方差為的高斯序列 作為隱蔽通信系統(tǒng)信息傳輸?shù)钠鹗紖⒖夹蛄小?/p>

步驟1-2中，對第i個(gè)隱蔽信息比特b，確定相關(guān)系數(shù)ρ。具體地說，當(dāng)待傳輸?shù)碾[蔽信息比特為“1”時(shí)，選擇ρ₁作為相關(guān)系數(shù)；當(dāng)待傳輸?shù)碾[蔽信息比特為“0”時(shí)，選擇ρ₀作為相關(guān)系數(shù)，也即

為了接收端判決方便，本發(fā)明選取ρ₀＝-ρ₁＝-δ,0＜δ＜1。

在同一T_b內(nèi)，生成一個(gè)均值為0、方差為σ_s²高斯噪聲序列 且與步驟1-1中的高斯噪聲序列是相互獨(dú)立的。用相關(guān)系數(shù)ρ、序列η₁和ξ，生成一組新的高斯噪聲序列其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

向量η₁、η₂服從聯(lián)合正態(tài)分布噪聲序列。

在同一個(gè)T_b中，將η₂發(fā)送給合法的接收方。由此，系統(tǒng)發(fā)送端已經(jīng)完成信息的隱蔽和發(fā)送任務(wù)。

步驟1-3，η₁←η₂，也即η₂序列拷貝至η₁，再轉(zhuǎn)到1-2。

所述接收端的隱蔽信息恢復(fù)方法包括以下步驟：

步驟2-1，接收方接收到經(jīng)過信道污染之后的發(fā)送方發(fā)送的隱蔽信號(高斯序列)

λ₁＝η₁+w₁

式中是信道噪聲。

步驟2-2，接收方接收到一個(gè)新的、與λ₁相鄰的隱蔽信號(高斯序列)

λ₂＝η₂+w₂

式中是信道噪聲。

計(jì)算向量λ₁、λ₂的相關(guān)系數(shù)r，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中假設(shè)信道噪聲w₁和w₂是服從均值為0、方差為的加性高斯白噪聲，則相關(guān)系數(shù)估計(jì)的期望為

式中為信噪比。

相關(guān)系數(shù)經(jīng)過Fisher z變換

那么z收斂于均值為方差為的正態(tài)分布。

步驟2-3中，合法接收方估計(jì)得到的隱蔽信息的比特記作為根據(jù)步驟2-2得到的來做判決，其判決的方案如下

根據(jù)步驟2-2，可以發(fā)現(xiàn)估計(jì)的結(jié)果會受到信道噪聲的干擾，適當(dāng)提升噪聲隱蔽信號的功率將提升估計(jì)的準(zhǔn)確性，由此可確保隱蔽通信系統(tǒng)傳輸信息的可靠性。

步驟2-4：λ₁←λ₂，也即λ₃序列拷貝至λ₁，再轉(zhuǎn)到2-2。