【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及物理層安全通信，具體地說，涉及基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法和裝置。
技術介紹
1、隨著6g時代的到來，數據呈爆炸式增長，越來越多的敏感數據通過網絡進行傳播。因此，人們對通信系統的安全性提出了更高的要求。目前信息加密主要在數據層實現，物理層加密技術還處于實驗室階段。因此，考慮將概率整形技術和量子噪聲加密技術相結合，進一步提高通信系統的安全性。
2、為提高通信系統的安全性，可以對數據層和物理層分別進行加密處理。數據層加密技術主要包括：對稱加密，非對稱加密，橢圓曲線加密等。物理層加密技術主要包括：量子噪聲加密，信道特征提取，信道認證等。量子噪聲加密技術具有實現簡單，安全性高等優點。
3、星座概率整形是通過對信號進行編碼后重新映射，改變星座點分布概率，使信號的頻譜特征更加適應信道的傳輸特性，提高信道頻譜利用率。但目前還沒有發現將以上兩種技術相結合的應用。
4、星座概率整形技術可以提高信道頻譜利用率，但不具備加密功能。量子噪聲加密技術可以對數據進行加密，但是分布在星座圖邊緣的信號容易被破解。如何將這兩種技術的優點結合，以滿足光纖信道大容量安全通信的需求，是亟需解決的問題。鑒于此，我們提出了基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法和裝置。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法和裝置，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為實現上述技術問題的解決，
3、s1、將原始二進制數據按單路或劃分為多路數據進行同步并行處理，分別取每路數據的1bit數據和n?bit密鑰進行量子噪聲加密處理，將1bit數據與n?bit密鑰的最低位進行異或運算，得到的數據替代n?bit密鑰的最高位，得到加密后的n?bit數據；并最終得到加密后的各路數據；
4、s2、分別對加密后的n?bit的每路數據進行星座概率整形編碼，得到(n+m)bit數據，m表示為了實現星座概率整形而增加的比特數；并最終得到星座概率整形后的各路數據；
5、s3、分別將各路數據轉換成模擬信號，再對模擬信號進行放大并傳輸；
6、s4、接收到模擬信號后對模擬信號進行放大、濾波處理后，將模擬信號恢復成各路數字信號；
7、s5、對(n+m)bit的各路數據進行星座概率整形解碼，分別恢復成n?bit的各路數據；
8、s6、分別對n?bit的各路數據進行量子噪聲解密，得到1bit的原始二進制數據；最終，恢復出所有原始二進制數據。
9、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s1中，將原始二進制數據劃分為多路數據的方法至少包括：奇偶位劃分、等比特劃分、等字節劃分、自適應劃分；
10、每路數據的n?bit密鑰的選取方法至少包括：隨機生成、基于硬件物理特性、偽隨機數生成算法、預共享密鑰、密鑰協商協議；
11、量子噪聲加密處理的過程包括如下步驟：
12、輸入：每路數據的1bit數據，記為d，n?bit密鑰，記為k＝k1，k2，k3，...，kn；
13、s1.1、將1bit數據d與n?bit密鑰的最低位kn進行異或運算，得到
14、s1.2、將e替代n?bit密鑰的最高位k1，得到加密后的nbit數據，即k′＝e，k2，k3，...，kn；
15、輸出：加密后的n?bit數據k′。
16、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s2中，對加密后的n?bit的數據進行星座概率整形編碼具體包括如下步驟：
17、采用64qam調制方式，星座點均勻分布時每個點出現的概率為p；在進行星座概率整形編碼時，期望靠近中心的星座點出現的概率更高，而距離中心遠的星座點出現概率降低；
18、輸入：加密后的n?bit數據k′；
19、s2.1、確定星座點分布概率模型；定義一個概率分布函數f(x)，其中x表示星座點到星座圖中心的距離；f(x)可以根據實際需求進行設計，使得距離中心越近的星座點對應的概率越高；
20、s2.2、根據輸入的n?bit數據k′，通過一定的映射規則計算其對應的星座點索引i；
21、s2.3、根據星座點索引i和概率分布函數f(x)，確定該星座點在整形后的星座圖中出現的概率pi；
22、s2.4、根據確定的概率pi，對星座點進行重新映射；具體來說，就是根據概率pi在所有可能的星座點中隨機選擇一個作為最終的映射結果；
23、s2.5、重復步驟s2.2-s2.4，直到對所有的n?bit數據都完成星座概率整形編碼；
24、輸出：經過星座概率整形編碼后的(n+m)bit數據，其中m表示為了實現星座概率整形而增加的比特數。
25、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s3中，將數據轉換成模擬信號采用正交幅度調制qam的方法，具體包括如下步驟：
26、輸入：經過星座概率整形編碼后的(n+m)bit數據，記為s(n)；
27、a3.1、將輸入的數據按照調制階數進行分組；
28、a3.2、對于每組數據，根據64qam的星座映射規則，將其轉換為對應的星座點坐標(i，q)；
29、a3.3、生成載波信號；使用正弦波作為載波信號，分別生成同相(i)載波和正交(q)載波；
30、a3.4、將星座點坐標(i，q)分別與同相載波和正交載波相乘，得到同相分量i×sin(ωt)和正交分量q×cos(ωt)，其中ω表示載波角頻率，t表示時間；
31、a3.5、將同相分量和正交分量相加，得到調制后的模擬信號s(t)＝i×sin(ωt)+q×cos(ωt)；
32、輸出：調制后的模擬信號s(t)；
33、對模擬信號進行放大采用線性功率放大器實現，具體包括如下步驟：
34、輸入：調制后的模擬信號s(t)；
35、b3.1、設置放大器的增益參數g，增益表示輸出信號與輸入信號的幅度比值；
36、b3.2、計算放大后的模擬信號r(t)＝g×s(t)，即輸入信號乘以增益值；
37、b3.3、對放大后的信號進行功率檢測，確保其輸出功率不超過發射機的額定功率以及符合相關法規和標準要求；
38、b3.4、對放大后的信號進行線性度監測和調整；
39、b3.5、將經過放大且滿足要求的模擬信號輸出并傳輸；
40、輸出：放大后的模擬信號r(t)。
41、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s4中，對模擬信號進行放大采用低噪聲放大器lna實現，具體包括如下步驟：
42、輸入：接收到的放大后的模擬信號r(t)；
43、a4.1、設置lna的初始增益值g0；增益值的選擇需本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于：所述步驟S1中，量子噪聲加密處理的過程包括如下步驟：
3.根據權利要求2所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于：所述步驟S2中，對加密后的nbit的數據進行星座概率整形編碼具體包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于：所述步驟S3中，將數據轉換成模擬信號采用正交幅度調制QAM的方法，具體包括如下步驟：
5.根據權利要求4所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于：所述步驟S4中，對模擬信號進行放大采用低噪聲放大器LNA實現，具體包括如下步驟：
6.根據權利要求5所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于：所述步驟S5中，對數據進行星座概率整形解碼的過程包括如下步驟：
7.根據權利要求6所述的基于星座
8.基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信裝置，用于實現權利要求1-7任一所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法的步驟，其特征在于：包括依次信號連接的量子噪聲加/解密模塊(100)、星座概率整形編/解碼模塊(200)、調制器(300)、發射機(400)、信道(500)、接收機(600)和解調器(700)；
9.根據權利要求8所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信裝置，其特征在于：所述量子噪聲加/解密模塊(100)用于對二進制數據流進行加/解密操作；其中：所述量子噪聲加密子模塊(101)用于對二進制數據流進行加密；所述量子噪聲解密子模塊(102)用于對前述經過量子噪聲加密子模塊(101)加密的數據進行逆操作實現解密，以恢復出原始二進制數據；
10.根據權利要求8所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信裝置，其特征在于：
...【技術特征摘要】
1.基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于：所述步驟s1中，量子噪聲加密處理的過程包括如下步驟：
3.根據權利要求2所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于：所述步驟s2中，對加密后的nbit的數據進行星座概率整形編碼具體包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于：所述步驟s3中，將數據轉換成模擬信號采用正交幅度調制qam的方法，具體包括如下步驟：
5.根據權利要求4所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于：所述步驟s4中，對模擬信號進行放大采用低噪聲放大器lna實現，具體包括如下步驟：
6.根據權利要求5所述的基于星座概率整形和量子噪聲加密的物理層安全通信方法，其特征在于：所述步驟s5中，對數據進行星座概率整形解碼的過程包括如下步驟：
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【專利技術屬性】
技術研發人員：楊曉琨，于南南，王祥青，楊帆，王東飛，程曉玲，沈逸飛，
申請(專利權)人：南昌理工學院，
類型：發明
國別省市：
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