【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及信息安全技術和數據的加密通信，尤其涉及一種超大規模mimo(多輸入多輸出)安全通信、物理層格公鑰加密方案及算法設計。
技術介紹
1、考慮未來萬物互聯與數據規模爆炸式增長的趨勢，第六代移動通信系統的研究開始興起。未來，6g可能會采用毫米波頻段(26.5ghz～300ghz)，甚至更高的太赫茲頻段(0.1thz～10thz)，由此帶來全新的網絡架構系統。異構性和全覆蓋是6g網絡的愿景之一，要求各種通信技術相互協作，來增加通信容量和減少小區干擾。其中多輸入多輸出(multiple?input?multiple?output,mimo)通信技術是在發送與接收端配備多根天線，最早由貝爾實驗室的marzetta研究員提出(marzetta?t?l.noncooperative?cellularwireless?with?unlimited?numbers?of?base?station?antennas[j].ieee?transactionson?wireless?communications,2010,9(11):3590-3600)，該技術可大幅度增強天線增益。大規模mimo的天線數可以達到數百根，甚至數千根，在一定的時間和頻率資源上，來增大通信系統的空間自由度。中國專利專利技術cn205104610u設計了一種mimo天線系統及移動終端，該專利表明當天線之間的間隔大于波長的一半時，mimo不同天線間的信道之間是互相獨立的。發射端可借助波束賦形技術來調整發射信號的幅度和相位，從而定向傳輸到接收端，最終提高通信容量和減小不
2、公鑰密碼方案需要基于單向陷門函數來實現計算安全性，傳統的公鑰方法是基于有限域上的離散對數問題、大整數分解問題和橢圓曲線群上離散對數問題等。在通信系統中，如果竊聽者可借助量子技術來使用量子計算機，便可在多項式時間算法內攻破傳統的rsa(rivest?shamir?adleman)、ecc(ellipse?curve?cryptography)、elgamal等公鑰密碼體制。為了保護未來6g時代的信息安全，研究后量子公鑰密碼方案就顯的尤為重要。目前可供候選的后量子時代的密碼方案包括多變量公鑰密碼體制、基于編碼的密碼方案、基于哈希的密碼體制和格密碼。其中格密碼可將最壞情況歸約到平均情況、具備較高的安全性和較快的加解密速率，尤其引人注目。拉格朗日等人于18世紀開始研究格問題，隨后lll格基約化算法的出現(lenstra?ak,lenstra?h?w,lovász?l.factoring?polynomials?withrational?coefficients[j].mathematische?annalen,1982,261(article):515-534)，正式開啟了格公鑰密碼時代。lll格基約化算法可用于攻擊背包密碼方案和rsa公鑰密碼系統，一般方法是將其轉化為格上困難問題，并在多項式時間內輸出對應解。另外，基于格的單向陷門函數可將格中困難問題的最壞情況歸約到平均情況，并實現格公鑰密碼方案的可證明安全。在設計格公鑰密碼方案時，可考慮的格上困難問題包括最近向量問題、最短格基問題、小整數解問題、最短向量問題和容錯學習問題等。基于格的公鑰密碼方案具有較快的線性運算速率，且不能被目前已知的量子多項式時間算法攻破。
3、mimo物理層安全技術通常有三種實現方式：物理層密鑰生成、物理層身份認證和物理層預編碼安全傳輸。文獻(t.kebede,y.wondie,j.steinbrunn,h.b.kassa?andk.t.kornegay,"precoding?and?beamforming?techniques?in?mmwave-massive?mimo:performance?assessment"in?ieee?access,vol.10,pp.16365-16387,2022)將現存的大規模mimo預編碼技術分成四大類，包括線性預編碼、基于功率分配的預編碼、非線性預編碼和基于機器學習的預編碼，研究表明當竊聽者的天線數足夠多時，這些預編碼方案的安全性將會受到極大的威脅。shen等人利用路徑追蹤算法來尋找最優的預編碼方案(sheng?z,tuan?h?d,duong?t?q,et?al.beamforming?optimization?for?physical?layer?securityin?miso?wireless?networks[j].ieee?transactions?on?signal?processing,2018,66(14)3710–3723)，該技術可最大化安全容量、功率和效率，但僅僅適用于多輸入單輸出的通信系統。為了解決此問題，文獻(jiang?m,li?y,zhang?q,et?al.robust?securebeamforming?in?mimo?wiretap?channels?with?deterministically?bounded?channelerrors[j].ieee?transactions?on?vehicular?technology,2018,67(10):9775–9784)將一種分批優化技術運用于mimo系統中，理論推導出了次優的預編碼矩陣，該方法指出即使未知竊聽信道矩陣，也能最大化mimo安全容量。為了進一步適應6g時代對mimo安全性的要求，yang等人聯合泰勒近似與二階錐優化算法來設計mimo預編碼(z.yang,d.li,n.zhao,z.wu,y.li?and?d.niyato,"secure?precoding?optimization?for?noma-aidedintegrated?sensing?and?communication,"in?ieee?transactions?on?communications,vol.70,no.12,pp.8370-8382,dec.2022)，從而最大化mimo多用戶的總保密速率。文獻(qix,chen?y,jian?r,et?al.two-level-enforced?security?with?hybrid?precoding?formulticast?massive?mimo?wiretap?systems[j].physical?communication,2022,54:101817)提出一種大規模mimo多播場景下的混合預編碼，基于合法信道矩陣的奇異值分解(svd)與半定規劃本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于超大規模MIMO的格公鑰加密方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，合法用戶通過以下步驟生成所述公私鑰對：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，合法用戶通過以下步驟根據最小均方誤差MMSE信道估計法獲得所述信道狀態信息：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，基站利用矩陣H以及公鑰，通過以下步驟聯合設計新型預編碼以及物理層加密：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，合法用戶端使用最近平面算法以及解方程，在多項式時間內恢復出X，其步驟包括：
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述解決格上最短向量問題，是基于正交格基，利用最近平面算法解決最短向量問題，其步驟包括：
7.一種物理層安全通信裝置，其特征在于，包括位于發送端的依次連接的編碼器、調制器、發射設備，傳輸信道，以及位于接收端的依次連接的接收設備、解調器、解碼器，所述編碼器與所述解碼器以及所述發射設備與所述接收設備被設置為執行權利要求1～6中任一項所述的方法。
8.一種計算機設
9.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質存儲計算機程序，所述計算機程序被計算機執行時，實現權利要求1～6中任一項所述的方法。
...【技術特征摘要】
1.一種基于超大規模mimo的格公鑰加密方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，合法用戶通過以下步驟生成所述公私鑰對：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，合法用戶通過以下步驟根據最小均方誤差mmse信道估計法獲得所述信道狀態信息：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，基站利用矩陣h以及公鑰，通過以下步驟聯合設計新型預編碼以及物理層加密：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，合法用戶端使用最近平面算法以及解方程，在多項式時間內恢復出x，其步驟包括：
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述解決格上最短向量問題，是基于正交格基，利用最近...
【專利技術屬性】
技術研發人員：路獻輝，劉森林，高桐，
申請(專利權)人：中國科學院信息工程研究所，
類型：發明
國別省市：
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