CN105723649A - 用于发送安全数据的方法和用于接收安全数据的方法 - Google Patents

用于发送安全数据的方法和用于接收安全数据的方法 Download PDF

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Abstract

根据本说明书的一个实施方式，公开了一种用于发送安全数据的方法。用于发送安全数据的所述方法可以包括以下步骤：通过对虚拟数据的比特流进行加扰来输出第一序列；通过利用所述比特流对将要发送的所述安全数据进行加扰来输出第二序列；以及发送通过对所述第一序列和所述第二序列进行编码而获得的第一码字和第二码字。

Description

用于发送安全数据的方法和用于接收安全数据的方法
技术领域
本发明涉及用于发送安全数据(securitydata)的方法和用于接收安全数据的方法。
背景技术
从通用移动电信系统(UMTS)演进而来的第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)被引入作为3GPP版本8。3GPPLTE在下行链路中使用正交频分多址(OFDMA)，并且在上行链路中使用单载波频分多址(SC-FDMA)。3GPPLTE采用具有最多四个天线的多输入多输出(MIMO)。近年来，存在对从3GPPLTE演进而来的3GPP高级LTE(LTE-A)的持续讨论。
如在3GPPTS36.211V10.4.0(2011-12)“EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccess(E-UTRA)；PhysicalChannelsandModulation(Release10)”中所公开的，3GPPLTE/LTE-A可以将物理信道划分成下行链路信道(即，物理下行链路共享信道(PDSCH)和物理下行链路控制信道(PDCCH))和上行链路信道(即，物理上行链路共享信道(PUSCH)和物理上行链路控制信道(PUCCH))。
上行链路信道被用来发送诸如混合自动重传请求(HARQ)ACK/NACK、信道状态信息(CSI)和调度请求(SR)这样的各种上行链路控制信息。
另外，在无线通信系统中按照使得数据不被不良的窃听方窃听到(不被接收并解码)的方式稳定地发送数据是非常重要的。
当前，用于稳定地发送/接收数据的各种方案被应用于LTE/LTE-A。然而，所述各种方案非常不足以满足具有更高级别的安全要求。
发明内容
技术问题
已经努力做出本发明以解决上述问题。
技术解决方案
为了实现上述目的，提供了一种用于发送安全数据的方法。该方法可以包括以下步骤：通过对虚拟数据(dummydata)的比特流进行加扰来输出第一序列；通过利用所述比特流对将要发送的所述安全数据进行加扰来输出第二序列；以及发送通过对所述第一序列和所述第二序列进行编码而获得的第一码字和第二码字。
所述方法还可以包括以下步骤：将所述虚拟数据编码为所述比特流。
所述虚拟数据包括随机序列。
为了实现上述目的，提供了一种用于发送安全数据的装置。该装置可以包括：第一加扰器，该第一加扰器被配置为通过对虚拟数据的比特流进行加扰来输出第一序列；第二加扰器，该第二加扰器被配置为通过利用所述比特流对将要发送的所述安全数据进行加扰来输出第二序列；以及编码器，该编码器被配置为通过对所述第一序列和所述第二序列进行编码来生成第一码字和第二码字。
为了实现上述目的，提供了一种用于接收安全数据的方法。该方法可以包括以下步骤：接收第一码字和第二码字；通过分别对所述第一码字和所述第二码字进行解码来获取第一序列和第二序列；以及通过利用所述第二序列来对所述第一序列进行解扰而获取安全数据。
获取所述安全数据的步骤包括以下步骤：通过对所述第二序列进行解扰来获取虚拟数据；通过对所述虚拟数据进行编码来获取比特流；以及通过利用所述比特流来对所述第一序列进行解扰而获取所述安全数据。
有益效果
根据本说明书的公开，上述问题得到解决。详细地，通过根据本说明书的编码方案，能够使窃听方和合法接收方之间的错误概率差增大。可以通过额外地设置编码速率(coderate)来实现具有更高级别的安全通信。
附图说明
图1例示了无线通信系统。
图2例示了3GPPLTE中的下行链路无线电帧的结构。
图3例示了3GPPLTE中的下行链路无线电帧的结构。
图4例示了在无线通信系统中进行窃听的示例。
图5是例示了用于根据本发明的第一实施方式实现安全通信的编码方案(非对称型发送器)的示例的示例性图。
图6例示了图5中所示的G1编码器的详细配置。
图7是例示了用于根据本发明的第二实施方式实现安全通信的编码方案(对称型发送器)的示例的示例性图。
图8是例示了与图7中所示的发送器对应的接收器中的方案的示例性图。
图9是示意性地例示了根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的方案的示例性图。
图10是例示了实现本说明书的公开的无线通信系统的框图。
具体实施方式
下文中，将基于第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)或3GPP高级LTE(LTE-A)来应用本发明。这仅是示例，并且本发明可以被应用于各种无线通信系统。下文中，LTE包括LTE和/或LTE-A。
本文中使用的技术术语仅被用来描述特定实施方式，并且不应被理解为限制本发明。此外，除非另有限定，否则本文中使用的技术术语应被解释为具有本领域技术人员通常理解而不是太宽泛或太狭隘的含义。此外，本文中使用的被确定为没有准确表现本发明的精神的技术术语应被替换或者理解为能够被本领域技术人员准确理解的这些技术术语。此外，本文中使用的通用术语应当按照在如词典中定义的上下文来理解，而不是按照过分狭隘的方式来理解。
在上下文中，除非单数的含义明确与复数的含义不同，否则本发明中单数的表达包括复数的含义。在下面的描述中，术语“包括”或“具有”可以表示存在本发明中描述的特征、数目、步骤、操作、组件、部件或其组合，并且可以不排除存在或增加另一特征、另一数目、另一步骤、另一操作、另一组件、另一部件或其组合。
术语“第一”和“第二”被用于解释不同组件的目的，并且这些组件不限于术语“第一”和“第二”。术语“第一”和“第二”仅被用来将一个组件与另一组件区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一组件可以被命名为第二组件。
将理解的是，当一个元件或层被称为“连接到”或“联接到”另一元件或层时，所述一个元件或层可以与另一元件或层直接连接或联接，或者可以存在介于中间的元件或层。相反，当一个元件被称为“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，不存在介于中间的元件或层。
下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。在描述本发明时，为便于理解，相同的附图标记在整个附图中被用来指示相同的组件，并且将省去对所述相同组件的重复描述。将省去对被确定为使本发明的主旨不清楚的已知技术的详细描述。提供附图仅用来使本发明的精神容易理解，但是不应旨在限制本发明。应理解的是，除了附图中示出的内容以外，本发明的精神可以被扩展到其修改、替换或等同物。
如本文中所使用，“基站”通常是指与无线装置通信的固定站，并且可以由诸如eNB(演进的NodeB)、BTS(基站收发系统)或接入点这样的其它术语来表示。
如本文中所使用，用户设备(UE)可以是固定的或移动的，并且可以由诸如装置、无线装置、终端、MS(移动站)、UT(用户终端)、SS(订户站)、MT(移动终端)等这样的其它术语来表示。
图1例示了无线通信系统。
如参照图1可见，无线通信系统包括至少一个基站(BS)20。每个BS20向特定的地理区域(通常被称为小区)20a、20b和20c提供通信服务。小区能够进一步被划分成多个区域(扇区)。
UE通常属于一个小区，并且UE所属的小区被称为服务小区。向服务小区提供通信服务的基站被称为服务BS。由于无线通信系统是蜂窝系统，所以存在与服务小区相邻的另一小区。与服务小区相邻的另一小区被称为相邻小区。向相邻小区提供通信服务的基站被称为相邻BS。服务小区和相邻小区是基于UE相对地决定的。
在下文中，下行链路是指从基站20到UE110的通信，并且上行链路是指从UE10到基站20的通信。在下行链路中，发送器可以是基站20的一部分，并且接收器可以是UE10的一部分。在上行链路中，发送器可以是UE10的一部分，并且接收器可以是基站20的一部分。
另外，无线通信系统可以是多输入多输出(MIMO)系统、多输入单输出(MISO)系统、单输入单输出(SISO)系统和单输入多输出(SIMO)系统中的任一种。MIMO系统使用多个发送天线和多个接收天线。MISO系统使用多个发送天线和一个接收天线。SISO系统使用一个发送天线和一个接收天线。SIMO系统使用一个发送天线和多个接收天线。在下文中，发送天线是指用来发送一个信号或流的物理或逻辑天线，并且接收天线是指用来接收一个信号或流的物理或逻辑天线。
另外，无线通信系统通常可以被划分成频分双工(FDD)类型和时分双工(TDD)类型。根据FDD类型，在占用不同频带的同时实现上行链路发送和下行链路发送。根据TDD类型，在占用相同频带的同时在不同的时间实现上行链路发送和下行链路发送。TDD类型的信道响应基本上是相互的。这意味着下行链路信道响应和上行链路信道响应在给定的频率区域中是彼此大致相同的。因此，在基于TDD的无线通信系统中，可以从上行链路信道响应中获得下行链路信道响应。在TDD类型中，由于整个频带在上行链路发送和下行链路发送中是时分的，所以可以不同时执行通过基站的下行链路发送和通过终端的上行链路发送。在上行链路发送和下行链路发送按照子帧为单位被划分的TDD系统中，上行链路发送和下行链路发送在不同的子帧中被执行。
下文中，将详细地描述LTE系统。
图2示出了根据第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)的FDD的下行链路无线电帧结构。
图2的无线电帧可以在3GPPTS36.211V11.2.0(2013-02)的第5节“EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccess(E-UTRA)；PhysicalChannelsandModulation(Release10)”中找到。
该无线电帧包括索引为0至9的10个子帧。一个子帧包括两个连续时隙。因此，该无线电帧包括20个子帧。要发送一个子帧所花费的时间被表示为TTI(发送时间间隔)。例如，一个子帧的长度可以是1ms，一个时隙的长度可以是0.5ms。
一个时隙在时域中可以包括多个正交频分复用(OFDM)符号。因为3GPPLTE采用OFDMA(正交频分多址)以用于下行链路(DL)，所以OFDM符号在时域中仅表示一个符号周期，并且因此，多址方案或名称不限于此。例如，OFDM符号可以由诸如SC-FDMA(单载波-频分多址)符号或符号周期这样的其它术语表示。
通过示例的方式，一个时隙包括七个OFDM符号。然而，包括在一个时隙中的OFDM符号的数目可以根据CP(循环前缀)的长度而改变。根据3GPPTS36.211V8.7.0，一个时隙在正常CP中包括七个OFDM符号，而在扩展CP中包括六个OFDM符号。
资源块(RB)是资源分配单元，并且在一个时隙中包括多个子载波。例如，如果一个时隙在时域中包括七个OFDM符号并且资源块在频域中包括12个子载波，则一个资源块可以包括7×12个资源元素(RE)。
DL(下行链路)子帧在时域中被划分成控制区域和数据区域。控制区域包括子帧的第一时隙中的最多三个第一OFDM符号。然而，包括在控制区域中的OFDM符号的数目可以改变。PDCCH和其它控制信道被指派给控制区域，并且PDSCH被指派给数据区域。
3GPPLTE中的物理信道可以被分类成诸如PDSCH(物理下行链路共享信道)和PUSCH(物理上行链路共享信道)这样的数据信道以及诸如PDCCH(物理下行链路控制信道)、PCFICH(物理控制格式指示符信道)、PHICH(物理混合-ARQ指示符信道)和PUCCH(物理上行链路控制信道)这样的控制信道。
在子帧的第一OFDM符号中发送的PCFICH承载与用于在子帧中发送控制信道的OFDM符号的数目(即，控制区域的大小)有关的CIF(控制格式指示符)。无线装置首先在PCFICH上接收CIF，然后对PDCCH进行监测。
与PDCCH不同，PCFICH在子帧中通过固定PCFICH资源进行发送，而不使用盲解码。
PHICH承载针对ULHARQ(混合自动重传请求)的ACK(肯定应答)/NACK(否定应答)信号。在PHICH上发送针对关于由无线装置发送的PUSCH的UL(上行链路)数据的ACK/NACK信号。
在无线电帧的第一子帧的第二时隙中的前四个OFDM符号中发送PBCH(物理广播信道)。PBCH承载无线装置与基站进行通信所需的系统信息，并且通过PBCH发送的系统信息被表示为MIB(主信息块)。相比之下，在通过PDCCH指示的PDSCH上发送的系统信息被表示为SIB(系统信息块)。
通过PDCCH发送的控制信息被表示为下行链路控制信息(DCI)。DCI可以包括PDSCH(其还被称为DL(下行链路)授权)的资源分配、PUSCH(其还被称为UL(上行链路)授权)的资源分配、针对特定UE组中的相应UE的一组发送功率控制命令、和/或对VoIP(互联网语音协议)的激活。
在3GPPLTE/LTE-A中，DL传输块的发送是在一对PDCCH和PDSCH中执行的。UL传输块的发送是在一对PDCCH和PUSCH中执行的。例如，无线装置在通过PDCCH指示的PDSCH上接收DL传输块。无线装置通过在DL子帧中对PDCCH进行监测来接收PDCCH上的DL资源指派。终端接收通过DL资源指派指示的PDSCH上的DL传输块。
图3示出了3GPPLTE中的上行链路子帧的结构。
参照图3，上行链路子帧能够被划分成控制区域和数据区域。用于承载上行链路控制信息的物理上行链路控制信道(PUCCH)被分配到控制区域。用于承载数据的物理上行链路共享信道(PUSCH)被分配到数据区域。
在子帧中的RB对中分配针对一个UE的PUCCH。属于该RB对的RB在第一时隙和第二时隙中的每一个中占用不同的子载波。由属于被分配有PUCCH的RB对的RB占用的频率在时隙边界处发生变化。这被称为分配给PUCCH的RB对在时隙边界处发生跳频。
由于UE通过不同的子载波以时间为基础发送上行链路控制信息，因此能够获得频率分集增益。m是指示在子帧中被分配到PUCCH的RB对的逻辑频域位置的位置索引。
在PUCCH上发送的上行链路控制信息的示例包括混合自动重传请求(HARQ)、肯定应答(ACK)/否定应答(NACK)、指示DL信道状态的信道质量指示符(CQI)、作为UL无线电资源分配请求的调度请求(SR)等。
PUSCH被映射到作为传输信道的上行链路共享信道(UL-SCH)。在PUSCH上发送的上行链路数据可以是作为针对在TTI期间发送的UL-SCH的数据块的传输块。传输块可以是用户信息。或者，上行链路数据可以是经复用的数据。可以通过对控制信息和针对UL-SCH的传输块进行复用来获得经复用的数据。例如，被复用到数据的控制信息可以包括CQI、预编码矩阵指示符(PMI)、HARQ、秩指示符(RI)等。或者，上行链路数据可以仅包括控制信息。
图4例示了在无线通信系统中进行窃听的示例。
参照图4，如果Alice和Eve是UE并且Bob是基站，则Eve可以窃听由Alice和Eve发送/接收的数据。在这种情况下，在本说明书中，由Alice和Eve发送/接收的数据是指非秘密数据。
因此，在无线通信系统中按照使得数据不被不良的窃听方窃听到(不被接收并解码)的方式稳定地发送数据是非常重要的。
如上所述，针对用于稳定地发送数据的安全通信方案，现有技术具有在上层中使用加密方案的极大倾向。然而，近年来，已经尝试了在物理信道中使用无线电信道的特性的方案或者基于物理层方案的方法(例如，功率控制或频率映射方法、预编码方案、编码方案等)。如上所述，在物理层中执行的安全方案是这样的方案：该方案使得期望的接收器(即，基站)能够容易地接收从发送器发送的信号，但是使得窃听方无法接收到该信号或者虽然接收到该信号但是不能对该信号进行解码。
物理层安全方案包括不同的安全性概念。例如，假定Xn是从Alice发送的长度为n的码字，并且Zn是由Eve接收的码字。因此，可以存在具有如下理论上不同级别的安全性。
(A)完美的安全性(香农的一次性密码本)
式1
I{Xn；Zn)＝0，对于任何n
式1针对有限的n有效。在完美的安全性中，所发送的码字与所接收的码字完全无关。因此，Eve不可能无法获取针对Alice的包括所接收的码字的任何信息。然而，为了确保上述的完美的安全性，秘密密钥的熵应该始终小于源消息的熵。因此，香农的临时密码本实际上不适用于真实的通信环境。
(B)强意识的安全性
式2
lim n → ∞ I ( X n ; Z n ) = 0
这是指强安全性。如果码的长度增加，则互信息被收敛为0。例如，当I(Xn；Zn)＝1/n时，系统在强意识中是安全的。虽然该系统在大n中逐渐安全，但是该系统可能相对于有限n不是完全安全的。
(C)弱意识的安全性
式3
lim n → ∞ 1 n I ( X n ; Z n ) = 0
这是指弱安全性。如果码的长度增加，则互信息的比率被收敛为0。例如，如果I(Xn；Zn)＝n1/2，则系统在弱意识中是安全的。真实环境中的弱安全性不能保证如果n增大、则互信息本身减少。
(D)块错误概率中的安全(渐近意识)
式4
lim n → ∞ P e ( n ) = 1
在这种情况下，Pe(n)表示要对与所发送的码字不同的所接收的码字进行解码的概率(即，块错误概率)。当发送数据速率大于信道容量时，块错误概率为n2，其相似于1。
(E)SINR中的安全
式5
SINREve≤SINRTH
在这种情况下，SINREve表示由Eve进行测量的SINR。基准经常被用来设计协作干扰。
如上所述，相对于安全通信实现的基准设置可以按照在信息理论中描述的互信息(或安全能力/率)的形式来表达，并且可以基于与相对于窃听方的错误概率关联的SINR值来表达。在本说明书中，用于安全通信的编码方案按照编码速率的形式来表达，并且根据基准或者通过扩展可适用。
另外，在图4所示的示例中，假定Alice和Bob之间的信道状态比Alice和Eve之间的信道状态好(高)。假定相对于信道状态的状况是由Alice来测量的，或者通过信令是已知的。
如上所述，当Alice和Bob之间的信道(下文中被称为“合法信道”)的状态比Alice和Eve之间的信道(下文中被称为“窃听信道”)的状态好时，Eve相对于相同信号的错误概率可能从概率上比Bob的错误概率高。在这种情况下，根据设置编码速率，可以认为是Bob没有错误地接收数据，而Eve接收包括相对于数据的一部分或全部的错误的数据。当考虑使用没有考虑现有的安全通信的现有系统的通信时，在上述状况下可能不能忽视Eve的信息量。例如，这是因为相对于相应的码字(或分组)出现1比特的错误，但是在相应的状况下没有达到针对除1比特之外的剩余信息的安全性。作为针对该情况的解决方案或减轻方案，可能存在针对如下通信方案的需求：在该通信方案中，相对于生成错误的情况、不生成错误的状况、或者错误高于预定级别的状况和错误低于预定级别的状况，错误量讯速地改变。
因此，本发明根据需求提出了一种编码方案。
图5是例示了根据本发明的第一实施方式用于实现安全通信的编码方案(非对称型发送器)的示例的示例性图。
参照图5，发送器(即，UE)(例如，Alice)可以对要使用虚拟数据进行保护的秘密消息进行编码，以发送经编码的秘密消息。该虚拟数据用作针对该秘密消息的秘密密钥。例如，虚拟数据可以是没有信息的随机序列。也就是说，虚拟数据可以通过生成随机序列而生成。
详细地，由G1编码器对虚拟数据进行编码，使得比特流被输出。因此，由加扰器使用比特流对要进行保护的秘密消息进行加扰，使得V2序列被输出。
另外，由加扰器对虚拟数据本身进行加扰，使得V1序列被输出。
可以通过T编码来执行关于V2序列和V1序列的错误程序处理，以进行发送。
另外，接收器(即，基站)(例如，Bob)通过解码来获取V1序列和V2序列，然后使用经解码的V1序列对经解码的V2序列进行解扰，以获取秘密消息。更详细地，接收器通过对V1序列进行解扰来获取虚拟数据，并且通过对虚拟数据进行G1编码来获取比特流。接下来，接收器可以通过使用比特流对V2序列进行解扰来获取秘密消息。
然而，如果接收器(即，基站)不能对V1序列进行解码，则即使成功对V2序列进行解码，也可能难以提取秘密消息。这取决于G1编码器的设计以及针对虚拟数据和秘密消息的编码速率的设置。
图6例示了图5中所示的G1编码器的详细配置。
参照图6，G1编码器可以按照RA码编码器的类型来设计，使得窃听方(例如，Eve)不能充分地获取经加扰的V2序列。例如，G1编码器可以包括中继器、交织器、组合器和打孔单元。
在所示的G1编码器中，虚拟数据和加扰序列之间的关系根据配置交织器和打孔单元的方法是多对一(不同的虚拟数据可以被映射到相同的加扰序列)，并且可以不与映射到同一加扰序列的不同虚拟数据之间的联合典型形式对应。此外，配置加扰序列的比特1的比率和比特0的比率可以按照相似的形式来表达。在这种情况下，从相对于虚拟数据的错误中提取用来对秘密消息进行加扰的比特流是没有效率的，或者生成可能性可能太低。上述内容取决于虚拟数据和秘密消息的比率设置。例如，可以通过下面的式6和式7来设置比率。
式6
Reve<RMsg+Rdummy<RBob
式7
RMsg＝(RBob-Δ2)-(Reve+Δ1)
在式7中，R_Bob表示能够在Alice和Bob之间进行没有错误地发送(从概率上)的数据速率。R_eve表示在Alice和Eve之间进行没有错误地发送(从概率上)的数据速率。△1和△2是校准值，并且可以被用来在真实环境中详细地调整数据速率。Eve的接收器的复杂性与Bob的接收器的复杂性相似，比率设置通过式6是充分的。
另外，如上所述，虚拟数据用作针对秘密消息的秘密密钥。因此，窃听方Eve不充分地接收的状况被认为与秘密消息相似。因此，根据比率设置，其被设置成使得Bob可以接收秘密消息和虚拟数据的比率和，并且Eve不能接收秘密消息的比率和。当针对虚拟数据的比率在上文中太低时，通过G1编码器生成的加扰序列的数目可能减少。在这种情况下，由于窃听方Eve可以使用可能的加扰序列组合来执行穷举搜索，因此针对虚拟数据的比率应当被设置大于预定级别。针对虚拟数据的比率设置可以被限制为进行设计为，针对虚拟数据的熵值大于针对秘密数据的熵值。
图7是例示了用于根据本发明的第二实施方式实现安全通信的编码方案(对称型发送器)的示例的示例性图。
参照图7，发送器(即，UE)(例如，Alice)可以使用第二消息对第一消息进行编码，以发送经编码的第一消息。第一消息可以是要进行保护的秘密消息。第二消息可以是要进行保护的秘密消息，但是可以是虚拟数据。
第一消息和第二消息可以在经过T编码器(例如，Turbo编码、LDPC编码、栅格编码等)之前彼此进行加扰，以用于针对错误的保护。在进行加扰之前，第一消息可以通过G1编码被转换成第一比特流。类似地，第二消息可以通过G2编码被转换成第二比特流。第一比特流可以被用来对第二消息进行加扰。此外，第二比特流可以被用来对第一消息进行加扰。换句话说，使用通过G2编码器进行编码的第二比特流对第一消息进行加扰，并且经加扰的第一消息被作为V1序列输出，然后通过T编码器对V1序列进行编码，使得T1码字被发送。类似地，使用通过G1编码器进行编码的第一比特流对第二消息进行加扰，并且经加扰的第二消息被作为V2序列输出，然后通过T编码器对V2序列进行编码，使得T2码字被发送。
因此，接收器(例如，Bob)通过对T1码字和T2码字进行解码来获取V1序列和V2序列，并且对V1序列和V2序列进行解扰和解码，以获取第一消息和第二消息。然而，如果V1序列和V2序列都没有被充分解码，则当获取第一消息和第二消息时，错误产生可能性可能增加。
另外，G1编码器和G2编码器生成要在加扰中使用的比特流。当Eve尝试窃听时，为了使开孔阶段(tappingstage)中错误的产生增加，编码速率被设置为1或者被设置为大于1(可以是指散列函数)。当编码速率被设置为大于1时，合法的接收器可以不充分地提取第一消息和第二消息。因此，在这种情况下，可以理解的是，第一消息和第二消息包括虚拟信息。基本上，G1编码器和G2编码器的配置应当被设计为在进行编码(T1，T2)之前从比特流中充分地提取第一消息和第二消息，以用于校正错误。为此，应当满足比特组合之间的一一对应。针对上述内容的式的示例如下。
式8
X＝GM其中
式9
如果
另外，为了配置G1编码器和G2编码器，当从接收器中的解码器中提取到消息时，应当考虑用于使秘密信息的泄露最小化的形式。也就是说，应当进行设计使得从解码器的输出端产生的错误在消息提取过程中不产生错误传播。为了基于RA编码来设计G1编码器，当V2未被充分地接收时，难以从V2中预测第一消息。在G2编码器的情况下，当基于RA编码同等地进行设计时，不满足式9，合法的接收器可能不充分地提取消息。因此，可以如式9中所例示地通过应用除了RA编码以外的不同的码或者使用不同的交织器来获取加扰阶段的必然性。在本示例中，为了生成由Bob充分地接收的状况和由Eve不充分地接收的状况，应当适当地执行针对秘密消息的比率设置。下面的式10是秘密消息比率设置的示例。
式10
Reve＜RV1+RV2＜RBob
式11
RMsg,1+RMsg,2＝(RBob-Δ2)-(Reve+Δ1)
在图5中所示的安全通信的示例和图7中所示的安全通信的示例的区别中，通过对虚拟数据进行加扰或者对除虚拟数据以外的彼此不同的秘密数据进行加扰来增加要进行发送的秘密数据的量。当Eve的接收器的复杂性与Bob的接收器的复杂性相似时，通过式6的比率设置可以是充分的。
为了使用由接收器通过针对T1编码和T2编码的解码而获取的比特流来提取秘密消息，当比特流的长度变长时，针对G编码的反向过程(即，解码处理)可能是无效的或者无法进行计算。因此，可以通过考虑计算复杂性来考虑提取秘密消息的结构。
图8是例示了与图7中所示的发送器对应的接收器中的方案的示例性图。
图8例示了从解码器的针对错误校正码(即，T1码字和T2码字)的输出中提取秘密消息(即，V1序列和V2序列)的过程。换句话说，图8例示了从V1序列和V2序列中提取包括第一消息和第二消息的秘密消息的过程，V1序列和V2序列是由接收器通过对T1码字和T2码字进行解码而获得的结果。
与解码器的针对T1码字的输出对应的V1序列可以被表达为针对第一消息和经加扰的第二消息的函数。类似地，与解码器的针对T2码字的输出对应的V2序列可以被表达为针对第二消息和经加扰的第一消息的函数。然而，由于在通过编码阶段的错误校正码之前的XOR过程，真实的两个流之间的因子分解可能是无法进行计算的。可以使用如图8中所示的重复结构来考虑秘密数据的提取。执行对与针对V1序列和V2序列的G2和G1对应的RSC的解码和解交织过程。当结果是W2和W1时，W2与V1序列进行XOR，W1与V2序列进行XOR，使得上述过程被重复。可以预先指定重复的次数。可以考虑在最初对V1序列和V2序列进行解码之前对随机序列进行XOR。另一种方法可以在改变W1(或W2)的可能值的同时在从V1序列中提取W2的过程中提取搜索最高的或最低的成本价值(例如，LLR值)的方案中的秘密数据。
提取秘密消息的另一示例可以考虑在对G的高斯消元处理之后应用向前替代方案或向后替代方案。
另外，如图5和图7中所示，在提议的通信方案的情况下，接收器Bob可以成功对两个接收码字二者进行解码，以充分地提取消息。窃听方Eve可以防止消息被提取，尽管两个码字中的一个被解码并且剩余的一个没有被充分地解码。然而，上述内容是Eve可以使用复杂性与Bob的接收器的复杂性相同的接收器的情况。为了非法进行窃听的目的，需要考虑Eve可以使用性能比Bob的接收器的性能高的接收器。
图9是示意性地例示了根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的方案的示例性图。
图9以矩阵模式例示了图5和图7的每种方案。窃听方可以考虑使用通过如式12中所例示的TG的生成矩阵中的报告穷举搜索的解码器类型的状况。可以考虑这种情况来设计G1和G2，使得最终的生成矩阵TG的错误性能恶化(例如，码字之间的平均距离和最小距离减小)。
式12
c＝TGm其中
可以通过各种手段来实现目前为止所描述的本发明的实施方式。例如，可以通过硬件、固件、软件或其组合来实现本发明的实施方式。具体地，这将通过参照附图来进行描述。
图10是例示了实现本说明书的公开的无线通信系统的框图。
BS200包括处理器201、存储器202和RF(射频)单元(MTC装置)203。与处理器201联接的存储器202存储用于驱动处理器201的各种信息。与处理器201联接的RF单元发送和/或接收无线电信号。处理器201实现所提出的功能、过程和/或方法。在上述的实施方式中，BS的操作可以由处理器201来实施。
MTC装置100包括处理器101、存储器102和RF(射频)单元103。与处理器101联接的存储器102存储用于驱动处理器101的各种信息。与处理器101联接的RF单元103发送和/或接收无线电信号。处理器101实施所提出的功能、过程和/或方法。
处理器可以包括专用集成电路(ASIC)、其它芯片组、逻辑电路和/或数据处理器。存储器可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪速存储器、存储器卡、存储介质和/或其它存储装置。RF单元可以包括用于处理无线电信号的基带电路。当按照软件实施上述的实施方式时，上述方案可以使用执行上述功能的模块(处理或功能)来实施。该模块可以存储在存储器中，并且由处理器来执行。存储器可以被设置在处理器的内部或外部，并且使用各种已知手段与处理器连接。
在上述的示例性系统中，虽然已经基于使用一系列步骤或方框的流程图描述了所述方法，但是本发明不受到这些步骤的顺序的限制，并且这些步骤中的一些步骤可以以与剩余步骤不同的顺序来执行或者可以与剩余步骤同时执行。此外，本领域技术人员将要理解的是，流程图中所示的步骤不是排外性的并且可以包括其它步骤，或者可以在不影响本发明的范围的情况下删除流程图的一个或更多个步骤。

Claims (9)

1.一种用于发送安全数据的方法，该方法包括以下步骤：
通过对虚拟数据的比特流进行加扰来输出第一序列；
通过使用所述比特流对将要发送的所述安全数据进行加扰来输出第二序列；以及
发送通过对所述第一序列和所述第二序列进行编码而获得的第一码字和第二码字。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：将所述虚拟数据编码为所述比特流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述虚拟数据包括随机序列。
4.一种用于发送安全数据的装置，该装置包括：
第一加扰器，该第一加扰器被配置为通过对虚拟数据的比特流进行加扰来输出第一序列；
第二加扰器，该第二加扰器被配置为通过利用所述比特流对将要发送的所述安全数据进行加扰来输出第二序列；以及
编码器，该编码器被配置为通过对所述第一序列和所述第二序列进行编码来生成第一码字和第二码字。
5.根据权利要求4所述的方法，该装置还包括编码器，该编码器被配置为将所述虚拟数据编码为所述比特流。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述虚拟数据包括随机序列。
7.一种用于接收安全数据的方法，该方法包括以下步骤：
接收第一码字和第二码字；
通过分别对所述第一码字和所述第二码字进行解码来获取第一序列和第二序列；以及
通过利用所述第二序列来对所述第一序列进行解扰而获取安全数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，获取所述安全数据的步骤包括以下步骤：
通过对所述第二序列进行解扰来获取虚拟数据；
通过对所述虚拟数据进行解码来获取比特流；以及
通过利用所述比特流来对所述第一序列进行解扰而获取所述安全数据。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述虚拟数据包括随机序列。
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