基于DFT-S-OFDM传输方式的物理层双矩阵密钥加密算法

• 作者: 景利 胡云 高宝建 黄士亚
• 来源期刊: 计算机学报
• 学科: 工学
• 关键词: LTE 物理层加密 DFT-S-OFDM 非线性方程组 峰均功率比
• 年，卷（期）: 2018,（2）
• 所属期刊栏目: 信息安全
• 页码范围: 368-381
• 页数: 14页
• 分类号: TN918
• 字数: 12799字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11897/SP.J.1016.2018.00368

摘要

现有基于OFDM调制的物理层加密算法的安全性普遍依赖于较大的子载波个数,且不能抵抗明文密文攻击,当子载波个数比较少时,其密钥空间快速变小,安全性急剧下降,因此,很难适应资源受限终端的安全通信需求.针对这一共性问题,文中利用LTE上行链路采用的DFT-S-OFDM传输方式以及资源块划分方式,提出了一种基于双矩阵变换的物理层加密算法.该算法主要包含两个步骤:一是通过AES计数器模式控制产生两个对角密钥矩阵;二是通过密钥矩阵控制N点DFT变换前后的数据,使得密文、明文和密钥之间形成非线性方程组关系.通过这个加密过程,实现两个目的,一是利用DFT-S-OFDM传输方式的特点,实现对输入的明文和输出的密文分别加密的目的,保证算法具备抵抗明文密文攻击能力;二是实现明文、密文和密钥三者之间的非线性关系,保证算法的安全.算法设置了两种密钥工作模式,第一种为每加密N-1组明文就改变一次子密钥,第二种为每加密大于等于N组明文才改变一次子密钥.在无噪的理想情况和有噪的非理想情况下,详细分析了两种密钥工作模式的安全性.理论分析结果表明,在子载波数大于等于12的情况下,第一种密钥工作模式无论在理想条件还是有扰信道条件下,均可以抵抗穷举攻击和明文密文攻击,保证算法的安全性,第二种密钥工作模式只有在有扰信道条件下才可以抵抗穷举攻击和明文密文攻击,保证算法安全;在两种密钥工作模式下,算法均不会改变DFT-S-OFDM系统中的峰均功率比.分别仿真分析了加密前后系统的峰均比、误码率等参数的变化,仿真数据证实了理论分析所得的结论,表明算法对系统的峰均比、功率以及误码特性等固有性能影响较小,能够在子载波数比较小的情况下,很好的保证通信数据的安全性,满足资源受限终端的安全通信需求.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	高宝建	西北大学信息科学与技术学院	40	201	10.0	11.0
2	胡云	西北大学信息科学与技术学院	3	8	1.0	2.0
3	黄士亚	西北大学信息科学与技术学院	1	7	1.0	1.0
4	景利	西北大学信息科学与技术学院	1	7	1.0	1.0