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CN107294649A - 编码方法及装置，译码方法及装置 - Google Patents

编码方法及装置，译码方法及装置 Download PDF

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CN107294649A
CN107294649A CN201610221657.XA CN201610221657A CN107294649A CN 107294649 A CN107294649 A CN 107294649A CN 201610221657 A CN201610221657 A CN 201610221657A CN 107294649 A CN107294649 A CN 107294649A
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胡婧婷
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ZTE Corp
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Publication date
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Abstract

本发明提供了一种编码方法及装置，译码方法及装置，其中，该方法包括：获取待发送消息，其中，该待发送消息包括：k比特的真实消息，(l‑k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；对该待发送消息使用预设密钥进行加密；依据校验矩阵H对加密后的该待发送消息进行编码，获取码字rn+k，其中，该n为该真实消息的码字长度，该校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；发送该码字rn+k。采用上述技术方案，解决了编码技术不能达到信息论意义安全的问题，实现了安全编码译码。

Description

编码方法及装置，译码方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种编码方法及装置，译码方法及装置。
背景技术
在相关技术中，物理层安全的研究起源于怀纳Wyner的一篇名为《窃听信道》的著名文章。在该文章中，Wyner系统阐述了通信系统的可靠性和安全性之间的折中关系，以及刻画了通信系统的安全容量，给出了安全容量的数学解。这里安全容量是指在保证窃听者的疑惑度最大的情况下信息传输效率的最大值。在安全容量的存在性证明中，Wyner提出了随机装箱(random binning)的编码技术。在考虑安全的信道模型中，随机装箱编码技术已经成为一种最常见的编码技术。随机装箱是指发送的消息和一个码本(一堆码字组成的集合)一一对应。当发送方发送一个具体的消息时，首先找出和此消息相对应的码本，然后随机地于此码本中选取一个码字发送出去，该码字就作为编码器的输出。在窃听信道模型提出之后，构造实际的能逼近安全容量的码字就成为了编码领域一个新的研究方向。Wyner指出当窃听信道是高斯噪声，主信道无噪声的情况下，采用陪集编码方案且子码是任意一种可达窃听信道容量的好码的对偶码时，可以达到信息论意义上的安全。
在传统的点对点通信系统中，香农已经证明反馈不能增加系统的信道容量。但是在窃听信道模型中，如果合法用户到发送方之间存在一条反馈链路，且该链路不能被窃听者窃听的话，已有文献证明该反馈链路可以增加Wyner的窃听信道模型的安全容量。那么如何利用反馈来设计实用的安全编译码方案就成为了一个非常有意义的课题。
针对相关技术中，编码技术不能达到信息论意义安全的问题，目前还没有有效地解决方案。
发明内容
本发明提供了一种编码方法及装置，译码方法及装置，以至少解决相关技术中编码技术不能达到信息论意义安全的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种编码方法，包括：
获取待发送消息，其中，所述待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；
对所述待发送消息使用预设密钥进行加密；
依据校验矩阵H对加密后的所述待发送消息进行编码，获取码字rn+k，其中，所述n为所述真实消息的码字长度，所述校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
发送所述码字rn+k。
进一步地，所述校验矩阵H为码字长度为n+k比特，并且消息长度为l比特的低密度奇偶校验码LDPC码的校验矩阵，其中，k<l<n+k。
进一步地，通过以下方式确定所述(l-k)比特的随机消息：
随机产生一个(l-k)比特的随机消息；
将所述(l-k)比特的随机消息通过线性分组码的生成矩阵生成与所述随机消息对应的码字。
进一步地，发送所述码字rn+k之前，所述方法还包括以下之一：
所述码字rn+k划分为2k个子码，每一个所述子码对应一个k比特长度的消息；
从所述k比特真实消息所对应的子码中随机选取一个码字发送；
确定所述码字rn+k的实际传输速率小于主信道的信道容量，以及所述子码的实际传输速率等于窃听信道的信道容量。
进一步地，通过以下方式确定所述码字rn+k的实际传输速率小于主信道的信道容量，以及所述子码的实际传输速率等于窃听信道的信道容量：
其中，所述子码的实际传输速率为所述码字rn+k的实际传输速率为 是主信道高斯噪声的噪声方差，是窃听信道噪声的噪声方差，P是所述码字rn+k的发送功率，主信道的信道容量maxI(X；Y)为窃听信道的信道容量maxI(X；Z)为
进一步地，对所述待发送消息使用预设密钥进行加密包括：
将sk和dl-k预设密钥(pk,ql-k)加密为所述sk为所述真实消息向量，所述dl-k为所述随机消息向量，其中，所述预设密钥(pk,ql-k)为通过以下方式得到的密钥：将在所述待发送消息之前发送的消息所对应的合法用户的反馈向量映射为一个预设密钥(pk,ql-k)，所述预设密钥长度为l比特。
进一步地，求解所述码字rn+k的方式包括：
由rn+kHT＝0得出解得cn+k-l，其中，所述cn+k-l表示编码之后的n+k-l比特的校验位；
根据本发明的一个方面，提供了一种译码方法，包括：
接收码字rn+k，其中，所述码字rn+k为通过以下方式得到的码字：依据校验矩阵H对加密后的待发送消息进行编码，得到码字rn+k，其中，所述待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数，所述n为所述真实消息的码字长度，所述校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
使用预设密钥对所述码字rn+k进行解密。
根据本发明的另一方面，提供了一种编码装置，包括：
第一获取模块，用于获取待发送消息，其中，所述待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；
加密模块，用于对所述待发送消息使用预设密钥进行加密；
第二获取模块，用于依据校验矩阵H对加密后的所述待发送消息进行编码，获取码字rn+k，其中，所述n为所述真实消息的码字长度，所述校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
发送模块，用于发送所述码字rn+k。
根据本发明的另一方面，提供了一种译码装置，包括：
接收模块，用于接收码字rn+k，其中，所述码字rn+k为通过以下方式得到的码字：依据校验矩阵H对加密后的所述待发送消息进行编码，得到码字rn+k，其中，所述待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数，所述n为所述真实 消息的码字长度，所述校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
解密模块，用于使用预设密钥对所述码字rn+k进行解密。
通过本发明，获取待发送消息，其中，该待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；对该待发送消息使用预设密钥进行加密；依据校验矩阵H对加密后的该待发送消息进行编码，获取码字rn+k，其中，该n为该真实消息的码字长度，该校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；发送该码字rn+k，解决了编码技术不能达到信息论意义安全的问题，实现了安全编码译码。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种编码方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的一种译码方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的一种编码装置的结构框图；
图4是根据本发明实施例的一种译码装置的结构框图；
图5是根据本发明优选实施例的适用的信道模型；
图6是根据本发明优选实施例的实例的曲线图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在本实施例中提供了一种编码方法，图1是根据本发明实施例的一种编码方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S102，获取待发送消息，其中，该待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；
步骤S104，对该待发送消息使用预设密钥进行加密；
步骤S106，依据校验矩阵H对加密后的该待发送消息进行编码，获取码字rn+k，其中， 该n为该真实消息的码字长度，该校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
步骤S108，发送该码字rn+k。
通过上述步骤，获取待发送消息，其中，该待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；对该待发送消息使用预设密钥进行加密；依据校验矩阵H对加密后的该待发送消息进行编码，获取码字rn+k，其中，该n为该真实消息的码字长度，该校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；发送该码字rn+k。解决了编码技术不能达到信息论意义安全的问题，实现了安全编码译码。
在本实施例中，该校验矩阵H为码字长度为n+k比特，并且消息长度为l比特的低密度奇偶校验码LDPC码的校验矩阵，其中，k<l<n+k。
在本实施例中，通过以下方式确定该(l-k)比特的随机消息：
随机产生一个(l-k)比特的随机消息；
将该(l-k)比特的随机消息通过线性分组码的生成矩阵生成与该随机消息对应的码字。
在本实施例中，发送该码字rn+k之前，该方法还包括以下之一：
该码字rn+k划分为2k个子码，每一个该子码对应一个k比特长度的消息；
从该k比特真实消息所对应的子码中随机选取一个码字发送；
确定该码字rn+k的实际传输速率小于主信道的信道容量，以及该子码的实际传输速率等于窃听信道的信道容量。
在本实施例中，通过以下方式确定该码字rn+k的实际传输速率小于主信道的信道容量，以及该子码的实际传输速率等于窃听信道的信道容量：
其中，该子码的实际传输速率为该码字rn+k的实际传输速率为 是主信道高斯噪声的噪声方差，是窃听信道噪声的噪声方差，P是该码字rn+k的发送功率，主信道的信道容量maxI(X；Y)为窃听信道的信道容量maxI(X；Z)为
在本实施例中，对该待发送消息使用预设密钥进行加密包括：
将sk和dl-k预设密钥(pk,ql-k)加密为该sk为该真实消息向量，该dl-k为该随机消息向量，其中，该预设密钥(pk,ql-k)为通过以下方式得到的密钥：将在该待发送消息之前发送的消息所对应的合法用户的反馈向量映射为一个预设密钥(pk,ql-k)，该预设密钥长度为l比特，待发送消息之前发送的消息可以是待发送消息的前一个发送的消息。
在本实施例中，求解该码字rn+k的方式包括：
由rn+kHT＝0得出解得cn+k-l，其中，该cn+k-l表示编码之后的n+k-l比特的校验位；
在本实施例中提供了一种编码方法，图2是根据本发明实施例的一种译码方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
步骤S202，接收码字rn+k，其中，该码字rn+k为通过以下方式得到的码字：依据校验矩阵H对加密后的待发送消息进行编码，得到码字rn+k，其中，该待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数，该n为该真实消息的码字长度，该校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
步骤S204，使用预设密钥对该码字rn+k进行解密。
通过上述步骤，接收码字rn+k，其中，该码字rn+k为通过以下方式得到的码字：依据校验矩阵H对加密后的待发送消息进行编码，得到码字rn+k，其中，该待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数，该n为该真实消息的码字长度，该校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0，使用预设密钥对该码字rn+k进行解密，解决了编码技术不能达到信息论意义安全的问题，实现了安全编码译码。
在本实施例中还提供了一种编码装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图3是根据本发明实施例的一种编码装置的结构框图，如图3所示，该装置包括
第一获取模块32，用于获取待发送消息，其中，该待发送消息包括：k比特的真实消息， (l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；
加密模块34，与第一获取模块32连接，用于对该待发送消息使用预设密钥进行加密；
第二获取模块36，与加密模块34连接，用于依据校验矩阵H对加密后的该待发送消息进行编码，获取码字rn+k，其中，该n为该真实消息的码字长度，该校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
发送模块38，与第二获取模块36连接，用于发送该码字rn+k。
通过上述步骤，第一获取模块32获取待发送消息，其中，该待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；加密模块34对该待发送消息使用预设密钥进行加密；第二获取模块36依据校验矩阵H对加密后的该待发送消息进行编码，获取码字rn+k，其中，该n为该真实消息的码字长度，该校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；发送模块38发送该码字rn+k，解决了编码技术不能达到信息论意义安全的问题，实现了安全编码译码。
图4是根据本发明实施例的一种译码装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：
接收模块42，用于接收码字rn+k，其中，该码字rn+k为通过以下方式得到的码字：依据校验矩阵H对加密后的该待发送消息进行编码，得到码字rn+k，其中，该待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数，该n为该真实消息的码字长度，该校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
解密模块44，与接收模块42连接，用于使用预设密钥对该码字rn+k进行解密。
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述各个模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块分别位于不同的处理器中。
下面结合本发明优选实施例进行详细说明。
在本发明优选实施例设计的带反馈的窃听信道模型的实用安全编译码方案中，基于编译码都较为简单且高效的LDPC码，结合反馈用作加密的思想，本发明优选实施例提供了一种适用于带反馈的高斯窃听信道的安全编译码方案，这里高斯窃听信道是指窃听信道模型中主信道和窃听信道中的噪声服从高斯分布。由于在实际通信场景中，计算窃听者的疑惑度H(W|ZN)是一件非常困难的事情，于是本发明优选实施例定义窃听者的误比特率来近似代替疑惑度。需要注意的是从信息熵的定义来看，窃听者的疑惑度H(W|ZN)取得最大时等价于窃听者的误比特率等于0.5，也即窃听者的译码错误概率等于0.5。基于此，本发明优选实施例希望为带反馈的高斯窃听信道模型设计出的安全编译码方案具有如下两个特征：(1)本发明优 选实施例的方案使得合法接收者的误比特率任意小(即逼近于0)；(2)本发明优选实施例设计的方案使得窃听者的误比特率逼近0.5。
本发明优选实施例提供了一种基于LDPC码的安全编译码方法，设计方案如下：
本发明优选实施例的安全编译码方案设计的理论依据：在窃听信道模型的安全编码定理的存在性证明中，Wyner指出要设计出达到信息论安全的编译码方案，需要使用一种被称为“随机装箱”的编码技术。该编码技术将发射的消息和一堆码字所组成的箱子一一对应，当给定要传输的消息时，随机的从该消息所对应的码字箱子中选取一个码字发送出去。为了让窃听者不能正确译出发送的消息，需要消耗窃听者的译码能力，Wyner指出假设窃听者知道发送的具体消息时，如果窃听者能从该具体消息所对应的码字箱子中正确找到(“译出”)发送的那个随机码字时，则窃听者的译码能力就得到了消耗。如果将该具体消息所对应的码字箱子也看成是一种新的码字的话，本发明优选实施例希望该新的码字所对应的传输效率等于窃听信道的信道容量，在这种情况下代表着窃听者的全部译码能力都消耗在译出该新码字上，窃听者就没有额外的能力去译出究竟发送的是哪个消息了。基于Wyner的安全编码定理证明的上述思想，假设发送的消息是k比特，码字的长度为n比特，则本发明优选实施例设计的安全编码方案需要具备以下三个特点：(a)安全编译码后的码字可划分为2k个子码，每一个子码对应一个发送的k位长的消息比特；(b)该码字的实际传输效率要小于主信道的信道容量C(SNR1)，而子码的实际传输效率要等于窃听信道的信道容量C(SNR2)；(c)给定发送的消息比特k，要随机的从k比特消息所对应的子码中选取一个码字发送出去。此外，在带反馈的窃听信道模型的理论上的编译码方案设计中，合法用户反馈回的被噪声污染后的码字被当作合法用户和发送方之间共享的密钥，被用来加密待发送的消息。基于上述分析，本发明优选实施例首先要构造一个被污染后的码字(即由合法用户反馈回来的码字)和发送的消息集的映射，将2n个被污染后的码字映射到2k个消息上。
上述设计安全编译码方案中的参数说明：主信道高斯噪声的噪声方差窃听信道噪声的噪声方差编码之后的码字的发送功率P。由香农的信道容量公式我们可知主信道的信道容量maxI(X；Y)为窃听信道的信道容量maxI(X；Z)为该优选实施例中假设发送的消息是k比特的，通过随机数产生器随机生成一个l-k比特的随机消息。此外，假设码字的长度是n+k比特。
本发明优选实施例的安全编译码方案的设计步骤如下：
一，按照经典的LDPC码的设计思路设计一个码字长度为n+k比特，消息长度为l比特的LDPC码的校验矩阵，记为H，该矩阵有n+k-1行，有n+k列。
二，l比特的消息中包含了k比特的真实的发送消息和l-k比特的随机消息。显而易见， l满足如下约束条件k<l<n+k。
三，构造一个映射，均匀的将2n个n长向量映射到2k个消息向量上，即每一个消息向量对应了2n-k个n长向量，2n个n长向量即为待发送消息之前的前一个消息对应的合法用户反馈向量。
四，为了实现Wyner在窃听信道模型的安全编码定理证明中所描述的编码方法，即当发送的k比特消息确定时，随机的从k比特消息对应的码字箱子中选取一个码字这种编码方式，将上述所设计的校验矩阵为H，长度为n+k比特的LDPC码按照k比特的真实消息划分为2k个子码，每一个子码的长度为n比特。该类子码也是一种线性分组码，该子码的消息比特即是l-k比特的随机消息。本优选实施例采用如下方式实现“随机从子码中选取一个码字传送”的编码方式：(a)通过随机数生成器随机产生一个l-k比特的随机消息；(b)将该l-k比特的随机消息通过线性分组码的生成矩阵生成一个和随机消息一一对应的码字，然后该将码字传送。
五，上述子码的实际传输效率为校验矩阵为H，码字长度为n+k比特，消息长度为l比特的LDPC码的实际传输效率为为了满足前面所述的安全编码方案的特点(b)，令
k<l<n+k。
六，在给出了上述n,k,l的约束关系之后，校验矩阵为H，码字长度为n+k比特，消息长度为l比特的LDPC码设计方法如下：(a)将该校验矩阵H通过高斯消元法化为[A|B]型矩阵，这里注意H矩阵为n+k-l行，n+k列的矩阵，A矩阵为单位矩阵，其行数和列数均为n+k-l。B矩阵为一个行数为n+k-l，列数为l的矩阵。当给定发送的真实消息sk，随机生成的消息为dl -k时，首先将前一个发送的消息所对应的合法用户的反馈向量映射为一个密钥(pk,ql-k)，该密钥长度为l比特。将sk和dl-k加密为由校验矩阵的定义，有
这里cn+k-l表示编码之后的n+k-l比特的校验位。
将H＝[A|B]代入(公式1)中，有
将(公式2)整理，我们可得
进一步整理(公式3)，我们有
(公式4)给出了获取了加密后的消息和加密后的随机生成的消息时，计算码字的校验位的公式。知道了校验位cn+k-l之后，通过校验矩阵H而得到的码字rn+k可表示为
对于合法用户来说，由于合法用户知道反馈给发送方的密钥，且码字rn+k的实际传输效率是小于主信道的信道容量的，所以合法用户可以以趋近于0的译码错误概率同时译出真实消息sk和随机生成的消息dl-k。对于窃听者而言，希望将窃听者全部的译码能力都消耗在正确译出子码rn上，这里
将rn和rn+k相比，很容易发现rn是将rn+k中发送的加密后的真实消息删掉，即rn是rn+k的子码。对于rn而言，其中的加密后的消息为我们希望窃听者能正确译出 且将其全部的译码能力都消耗在译出上，这就需要子码rn的传输效率 由以及k<l<n+k，我们可以得出
(公式7)说明对于窃听者而言，码字rn+k的实际传输效率是大于窃听信道的信道容量的，由香农定理可知，窃听者的译码错误概率是不能趋近于0的。由于窃听者不知道密钥，即便窃听者能译出和也无法得到加密之前的真实消息sk。
合法用户和窃听者的译码器均采用经典置信传播(Belief Propagation，简称为BP)译码算法来译出该译码算法分为以下步骤：(1)首先对高斯信道预设信息比特的先验概率；(2)由信息节点的信息概率按照置信传播算法得出各校验节点的后验概率；(3)由校验节点的后验概率推算出信息节点的后验概率；(4)将信息节点的后验概率对照判决条件作硬判决，若满足 则译码结束；若不满足，则重复以上的(2)～(4)步骤，反复迭代，直到满足条件，得出译码结果。如果迭代次数达到一个预设的最大次数(例如100)，条件仍然不满足，则宣布译码失败。由于合法用户知道密钥pk，合法用户可由译出的和密钥pk而直接得到真实的消息sk。窃听者不知道密钥pk，窃听者需要直接用BP译码算法来译出真实的消息sk。
图5是根据本发明优选实施例的适用的信道模型，如图5所示，包括：编码器，主信道，译码器，和窃听信道。
本发明优选实施例的实例：采用BP译码算法的规则(3,2)LDPC安全码
本实例介绍一种简单的规则(3,2)LDPC安全码。基于如前所述的安全编码方法，在此例中，n＝280，k＝20，l＝100，取10个不同的值(0.5,0.1,0.05,0.02,0.01,0.0085,0.005,0.0035,0.002,0.001)。首先，本实例构造一个200行，300列的校验矩阵(n+k-l行，n+k列)，该校验矩阵由0,1构成，每行中1的个数为2个，每列中1的个数为3个。这样的校验矩阵构成的LDPC码叫做规则(3,2)LDPC码。每次本实例产生一个20比特的真实消息，以及一个80比特的随机消息，本实例将这些消息通过规则(3,2)LDPC码编码成一个拥有100比特消息位，200比特校验位的码字，然后将该码字通过主信道发送给合法用户，通过窃听信道发送给窃听者，且合法用户和窃听者的译码器均采用经典BP译码算法进行译码。需要注意的是本实例假设主信道的信噪比固定，而窃听信道的信噪比是变化的。由n＝280，k＝20，l＝100，SNR1＝14，本实例可以得到 即规则(3,2)LDPC码的实际传输效率是远小于主信道的信道容量的。在仿真中本实例设置发送的总消息比特l＝5000000×100，合法用户译码错误的比特数是2次，其译码错误比率为4×10-9。由于窃听信道的信噪比是变化的，本实例不可能让固定的n,k,l满足这里本实例希望发现同一个固定的编码方案对于不同的窃听信道的信噪比情况下的安全性变化趋势。本实例发现，当窃听信道的信噪比越小(即窃听信道的噪声方差越大)，窃听者的译码错误概率越逼近0.5，即本发明所设计的安全编码方案越安全。和不带反馈的高斯窃听信道的安全编译码方案相比，带反馈的方案在窃听者信噪比较大时也能有很好的安全性，这充分说明了反馈提高了高斯窃听信道模型的安全性。表1给出了当主信道信噪比等于14时，窃听信道信噪比与窃听者译码误比特率之间的关系，如表1所示。
表1
图6是根据本发明优选实施例的实例的曲线图，如图6所示，给出了主信道的信噪比与窃听信道信噪比的比值和窃听者误比特率之间的关系。不难看出当比值越大，安全编码器的效果越好，即当窃听信道信噪比越小，本发明优选实施例所设计的安全编码器的性能越安全。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
本发明的实施例还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：
S1，获取待发送消息，其中，该待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；
S2，对该待发送消息使用预设密钥进行加密；
S3，依据校验矩阵H对加密后的该待发送消息进行编码，获取码字rn+k，其中，该n为该真实消息的码字长度，该校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
S4，发送该码字rn+k。
可选地，存储介质还被设置为存储用于执行上述实施例的方法步骤的程序代码：
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
可选地，在本实施例中，处理器根据存储介质中已存储的程序代码执行上述实施例的方法步骤。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种编码方法，其特征在于，包括：
获取待发送消息，其中，所述待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；
对所述待发送消息使用预设密钥进行加密；
依据校验矩阵H对加密后的所述待发送消息进行编码，获取码字rn+k，其中，所述n为所述真实消息的码字长度，所述校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
发送所述码字rn+k。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述校验矩阵H为码字长度为n+k比特，并且消息长度为l比特的低密度奇偶校验码LDPC码的校验矩阵，其中，k＜l＜n+k。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定所述(l-k)比特的随机消息：
随机产生一个(l-k)比特的随机消息；
将所述(l-k)比特的随机消息通过线性分组码的生成矩阵生成与所述随机消息对应的码字。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发送所述码字rn+k之前，所述方法还包括以下之一：
所述码字rn+k划分为2k个子码，每一个所述子码对应一个k比特长度的消息；
从所述k比特真实消息所对应的子码中随机选取一个码字发送；
确定所述码字rn+k的实际传输速率小于主信道的信道容量，以及所述子码的实际传输速率等于窃听信道的信道容量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定所述码字rn+k的实际传输速率小于主信道的信道容量，以及所述子码的实际传输速率等于窃听信道的信道容量：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>l</mi> <mo>-</mo> <mi>k</mi> </mrow> <mi>n</mi> </mfrac> <mo>=</mo> <mi>max</mi> <mi> </mi> <mi>I</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>X</mi> <mo>;</mo> <mi>Z</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>P</mi> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>
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其中，所述子码的实际传输速率为所述码字rn+k的实际传输速率为 是主信道高斯噪声的噪声方差，是窃听信道噪声的噪声方差，P是所述码字rn+k的发送功率，主信道的信道容量maxI(X；Y)为窃听信道的信道容量maxI(X；Z)为
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述待发送消息使用预设密钥进行加密包括：
将sk和dl-k预设密钥(pk,ql-k)加密为所述sk为所述真实消息向量，所述dl-k为所述随机消息向量，其中，所述预设密钥(pk,ql-k)为通过以下方式得到的密钥：将在所述待发送消息之前发送的消息所对应的合法用户的反馈向量映射为一个预设密钥(pk,ql-k)，所述预设密钥长度为l比特。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，求解所述码字rn+k的方式包括：
由rn+kHT＝0得出解得cn+k-l，其中，所述cn+k-l表示编码之后的n+k-l比特的校验位；
<mrow> <msup> <mi>r</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msup> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>c</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mi>l</mi> </mrow> </msup> <mo>,</mo> <msup> <mi>s</mi> <mi>k</mi> </msup> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msup> <mi>p</mi> <mi>k</mi> </msup> <mo>,</mo> <msup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mo>-</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msup> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msup> <mi>q</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mo>-</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>
8.一种译码方法，其特征在于，包括：
接收码字rn+k，其中，所述码字rn+k为通过以下方式得到的码字：依据校验矩阵H对加密后的待发送消息进行编码，得到码字rn+k，其中，所述待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数，所述n为所述真实消息的码字长度，所述校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
使用预设密钥对所述码字rn+k进行解密。
9.一种编码装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取待发送消息，其中，所述待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数；
加密模块，用于对所述待发送消息使用预设密钥进行加密；
第二获取模块，用于依据校验矩阵H对加密后的所述待发送消息进行编码，获取码字rn +k，其中，所述n为所述真实消息的码字长度，所述校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
发送模块，用于发送所述码字rn+k。
10.一种译码装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收码字rn+k，其中，所述码字rn+k为通过以下方式得到的码字：依据校验矩阵H对加密后的待发送消息进行编码，得到码字rn+k，其中，所述待发送消息包括：k比特的真实消息，(l-k)比特的随机消息，其中l，k均为自然数，所述n为所述真实消息的码字长度，所述校验矩阵H满足以下条件：rn+kHT＝0；
解密模块，用于使用预设密钥对所述码字rn+k进行解密。
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