基于信宿锚的隐私安全编码方法技术

本发明专利技术公开一种基于信宿锚的隐私安全编码方法，针对现有隐私数据通信面对的报文破解的问题，本发明专利技术方法基于的通信系统包括：信源、信道以及信宿，通信过程为信源基于信宿锚编码待发送消息，信宿基于信宿锚解码收到的消息；所述信宿锚为信源和信宿共知、且第三方难获取的动态上下文信息，动态上下文信息包括历史通信消息、互易信道特征、预编码内容、共用环境信息等；信源与信宿编解码时，通过信宿锚将消息与通信过程中的上下文信息进行绑定，使得解密过程不仅需要信宿锚的初始参数，还依赖通信历史，这将增大第三方破解报文的难度，从而极大地提高用户隐私和数据共享过程的安全性。

Privacy security coding method based on anchor

【技术实现步骤摘要】
基于信宿锚的隐私安全编码方法
本专利技术属于通信领域，特别涉及一种隐私安全通信技术。
技术介绍
随着5G移动网络全球商用，个人数据数字化及在线化程度日益加深，开放的网络架构使得用户隐私数据及信息面临更严峻的考验，5G面临的隐私问题不仅包括用户身份信息的隐私，还包括用户使用网络过程中产生的一系列与人身、财产相关的隐私信息，因此必须提供绝对安全的通信机制。在现用的通信网络中，用户的隐私数据通常会经过公钥加密、对称加密等传统的安全编码方法加密后在信道中传输，然而随着量子计算机的发展，这些传统的安全编码方法都面临被破解的危险。尽管后量子加密技术有抗量子计算机攻击的潜力，但过大的计算开销，使得普遍推广存在阻力。从数学角度，现有安全编码方法本质上都是基于时间复杂度难题，包括公钥加密体系、对称加密、及后量子加密，其有效性都依赖于密钥的私密性，由于现有通信和安全是割裂的格局，密钥的分发和管理是极具挑战的。隐私保护是安全通信中的研究重点之一，隐私保护面临的威胁主要来自于报文破解和流量分析两方面。应对报文破解的主流方法是提升安全编码算法的复杂度，数据安全共享面临的威胁则主要来自报文破解。流量分析的威胁，主要采用流量工程的方法，如流量混淆、整流等方法应对。因而，应对报文破解是隐私保护和数据安全共享的核心挑战，也是在未来网络环境下亟待解决的问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出基于信宿锚的隐私安全编码方法，实现信源向信宿的安全传输，避免信源向信宿传递的报文内容被第三方破解。本专利技术采用的技术方案为：基于信宿锚的隐私安全编码方法，该方法基于的通信系统包括：信源、信道以及信宿，通信过程为信源基于信宿锚将消息编码为密文，信宿基于信宿锚从密文中解码得到明文。所述信宿锚为信源和信宿共知、且第三方难获取的动态上下文信息，典型的信息来源包括历史通信消息、互易信道特征、预编码内容、共用环境信息等。每个消息对应的密文和明文都可以表示为变量序列<x0,x1,…,xi-1,xi,…>，其中xi是一个编码单元，xi∈Λ。每个消息包含1个或多个编码单元。每个编码单元的二进制长度记为z。若消息长度不是z的整数倍，则在最后一个编码单元的末尾补0，使其长度为z。具体过程包括以下步骤：1.信源与信宿之间初始化信宿锚。1.1信源与信宿之间同步信宿锚初始参数α。可以采用预先约定、公钥体系或量子密码术等方式。该同步过程后，使得信源与信宿获知初始参数α，但避免第三方获知初始参数α。预先约定可以是通过权威部门离线发放私钥，将该私钥用作初始参数α。1.2信源与信宿采用相同方式，用α初始化信宿锚。2.信源基于信宿锚将消息明文编码为密文，然后通过信道发送密文给信宿。包括以下分步骤：2.1信源对明文中的每个编码单元，基于信宿锚进行编码；2.2信源更新信宿锚；2.3重复该过程，直到完成对整个明文编码；2.4将编码后的编码单元拼接为一个消息称为密文，将密文发送给信宿。3.信宿收到密文后，基于信宿锚将密文解码为明文。包括以下步骤：3.1信宿对密文中的每个编码单元，基于信宿锚进行解码；3.2信宿更新信宿锚；3.3重复上述过程，直到完成对整个密文编码；3.4将解码后的编码单元拼接为一个消息称为明文。上述过程中，基于信宿锚的编码设计，具备以下特征：(1)信宿锚ψi，为信源和信宿在某时刻的共知、且第三方难获取的动态信息。(2)存在一对高效的编码与解码函数{f(),g()}，使得对于任意待发送xi，g(ψi,f(ψi,xi))＝xi成立。(3)假定第三方有机会截获消息部分或全部密文，但无法或需要极大代价，才能解码出某个明文xi。(4)空间上不可追溯性：第三方无法或需要极大代价，才能从后续的消息片段，追溯到信宿锚的某个历史参数，如消息xi-1或ci-1。(5)时间不可追溯性：假定第三方有机会截获消息部分密文，未来也无法或需要极大代价，才能解码出相关明文。本专利技术的有益效果：本专利技术的基于信宿锚的隐私安全编码方法，基于空间复杂度难题，对于信宿来说，只需要对当前收到的报文进行处理，故计算复杂度为O(1)，存储复杂度为O(1)，额外通信开销O(0)；对于通信第三方来说，需要存储了所有历史报文(N个)，并同时知道R(*)的随机数种子，才有可能破解当前报文，计算时间复杂度记为O(R(*))，空间复杂度为O(N)，因此第三方破解报文的难度变大，极大地提高了用户隐私和数据共享过程的安全性；且本专利技术方法将通信与安全相统一，与现有的5G新架构兼容，具有广泛适用性。附图说明图1是本专利技术提供的信宿锚定编码机制的通信时序图。图2是信宿锚定编码的4类典型工作模式；其中，图2(a)为端到端模式，图2(b)为组播模式，图2(c)为接力模式，图2(d)为嵌套模式。具体实施方式为了实现信源向信宿的安全传输，避免信源向信宿传递的报文内容被第三方破解。针对该目标，本专利技术提出了一种基于信宿锚的隐私安全编码方法，如图1所示，一个由信源通过信道向信宿发送消息的系统，需要信源和信宿约定好信宿锚构造方法，初始化信宿锚，通信过程为信源基于信宿锚编码待发送消息，信源更新信宿锚，信宿基于信宿锚解码收到的消息，信宿更新信宿锚。本专利技术的基于信宿锚的编码设计，具备以下特征：(1)信宿锚ψi，为信源和信宿在某时刻的共知、且第三方难获取的动态信息。(2)存在一对高效的编码与解码函数{f(),g()}，使得对于任意待发送xi，g(ψi,f(ψi,xi))＝xi成立。(3)假定第三方有机会截获消息部分或全部密文，但无法或需要极大代价，才能解码出某个明文xi。(4)空间上不可追溯性：第三方无法或需要极大代价，才能从后续的消息片段，追溯到某个历史通信消息xi。(5)时间不可追溯性：假定第三方有机会截获消息部分密文，未来也无法或需要极大代价，才能解码出相关明文。所述信宿锚为信源和信宿共知、且第三方难获取的动态上下文信息，典型的动态上下文信息来源包括历史通信消息、互易信道特征、预编码内容、共用环境信息等。所述信宿锚，为某种信源和信宿的共知信息，记为ψ∈Ψ，Ψ表示信宿锚空间。本实施例中给出信宿锚的其中一种具体定义：对于编码单元xi，其信宿锚ψi定义为R(*)与历史通信消息的迭代函数ψ:Ψ×Λ→Ψ，包括以下三种典型实现方式。AES增强的编码方式(ASAC模式，Advanced-encryption-standard-enhancedSink-AnchoringCoding)：基于伪随机序列生成器的编码方式(PSAC模式，Pseudo-randomgenerator-basedSink-AnchoringCoding)：基于互易信道的编码方式(CSAC模式，reciprocal-Channel-state-informati本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于信宿锚的隐私安全编码方法，其特征在于，该方法基于的通信系统包括：信源、信道以及信宿，通信过程为信源基于信宿锚编码待发送消息，信宿基于信宿锚解码收到的消息，所述信宿锚为信源和信宿共知、第三方未知的动态上下文信息。/n

【技术特征摘要】
1.基于信宿锚的隐私安全编码方法，其特征在于，该方法基于的通信系统包括：信源、信道以及信宿，通信过程为信源基于信宿锚编码待发送消息，信宿基于信宿锚解码收到的消息，所述信宿锚为信源和信宿共知、第三方未知的动态上下文信息。


2.根据权利要求1所述的基于信宿锚的隐私安全编码方法，其特征在于，所述动态上下文信息包括：历史通信消息、互易信道特征、预编码内容、共用环境信息。


3.根据权利要求2所述的基于信宿锚的隐私安全编码方法，其特征在于，所述信宿锚定义为伪随机序列生成器函数R(*)与历史通信消息的迭代函数；并基于伪随机序列生成器的输出结果，按平均采样率，选择历史通信消息，用于信宿锚更新。


4.根据权利要求3所述的基于信宿锚的隐私安全编码方法，其特征在于，所述信宿锚的更新包括以下三种情况：
AES增强的编码方式：



基于伪随机序列生成器的编码方式：



基于互易信道的编码方式：



其中，ψi表示信宿锚，下标i表示编码单元序号，AESkey()表示单向函数，Rα(*)为伪随机序列生成器函数，α为信宿锚的初始参数，表示平均采样率，为异或运算符，z表示编码单元长度。


5.根据权利要求4所述的基于信宿锚的隐私安全编码方法，其特征在于，
AES增强的编码方式，α的生成方式为：Rα(*)用AES的密钥ke...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙江，李通强，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51