【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于安全通信，具體涉及猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法。
技術介紹
1、根據iec61784-3協議，在黑信道(black?channel)模型下，安全通信層的框架如圖1所示。設黑信道條件下，二進制數字信息的傳輸出現的錯誤是對稱的。在工業環境的電磁干擾下，安全信息幀spdu中任意一個信息比特1變成0和0變成1的概率都是pe。在電磁干擾條件下，一個pe＝10-4的誤碼率將會造成數據交換時通信系統的一次停止。實際條件下，一個脈沖干擾會造成多個比特的傳輸錯誤，因此，10-4的誤碼率pe是遠遠不夠的。為了保證能夠探測出足夠多的干擾，錯誤探測機制應該能保證10-4的100倍的強大探測能力，即當pe為10-2時，能保證足夠低的殘留錯誤概率(residual?error?probability,rep)。因此，iec61784-3規定，采用pe＝10-2用于rep的計算。
2、設安全信息數據幀spdu的長度為n比特，iec61784-3協議規定，一個n比特長的信道噪聲中出現k個比特錯的概率pn(k)服從二項分布：
3、
4、當該長度為n比特的安全信息幀spdu采用crc編碼，該crc碼的最小漢明重為d，且能檢測出所有錯誤比特總數小于d-1的情況，則該crc的上限殘留錯誤概率rul(k)計算如下：
5、
6、對于一個crc簽名長度為r比特，總長度為n比特的安全信息幀spdu，設該crc碼字的最小漢明重為dmin，iec?61784-3規定信道噪聲引起的總的殘留錯誤
7、
8、式(3)表明：
9、1)當信道噪聲錯誤比特數k＜dmin時，信道噪聲不可能是一個合法的crc碼字，殘留錯誤概率為0；
10、2)當信道噪聲錯誤比特數k≥dmin時，一個有k個錯誤比特的信道噪聲序列造成的殘留錯誤概率rrep(k)可表示為式(4)所示：
11、
12、3)設m為grand譯碼時最大糾錯比特數，當k＞n-m時，有k個錯誤比特的信道噪聲序列造成的殘留錯誤概率rrep(k)在總的殘留錯誤概率中的占比非常小。為方便計算和推導，將式(3)進一步簡化為式(5)：
13、
14、根據iec?61784-3標準，發送端采用crc對傳輸的安全信息幀spdu做簽名，接收端對spdu做檢錯和完整性檢測，以確保spdu的殘留錯誤概率rep低于給定的安全等級要求。當spdu通過crc檢測時，該spdu提交上級應用層；如果未通過crc檢測，則該spdu將被丟棄，并通知發送端重新傳輸。iec61784-3標準同時要求，一般情況下不推薦對經過crc編碼的spdu做糾錯處理。
15、隨著理論和技術的發展，grand算法使crc糾錯成為可能，采用grand算法對crc作糾錯處理后，將能大幅度降低通信系統對spdu的重傳概率，并降低傳輸時延，這對整個系統是非常有利的；但采用grand算法進行譯碼處理后，若繼續采用現有iec61784-3標準下rep的計算方法來計算不同最大糾錯能力m對應的殘留錯誤概率，rep性能會顯著降低。因此，需要研究spdu在采用grand糾錯處理條件下的rep計算問題。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提供了猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，推導了猜測隨機加性噪聲譯碼條件下，不同最大糾錯能力m對應的殘留錯誤概率；并以增加crc簽名長度為代價，提高殘留錯誤概率性能。
2、本專利技術所述的猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，包括以下步驟：
3、步驟1、發送端采用crc對spdu進行編碼，利用grand算法，接收端spdu生成噪聲錯誤模式，對接收端spdu做猜測譯碼，計算猜測的spdu序列；
4、步驟2、計算crc編碼的校正子s，根據校正子s的值對猜測譯碼結果進行判斷，計算經過猜測譯碼后的rep；
5、步驟3、搜索給定的最大糾錯能力m條件下，最小crc簽名長度，使達到crc錯誤檢測的rep性能最佳。
6、進一步地，步驟1中，假設spdu的長度為n比特，發送端crc編碼的spdu為x＝x1x2…xi…xn，信道噪聲為z＝z1z2…zi…zn，接收端spdu為y＝y1y2…yi…yn，1≤i≤n，xi,yi,zi在二進制符號集{0,1}中取值；x,z,y的關系如下式所示：
7、
8、其中表示模二加運算。
9、進一步地，接收端生成噪聲錯誤模式e＝e1?e2…ei…en，對接收端spdu做猜測譯碼，計算猜測的spdu序列如下式所示：
10、
11、進一步地，步驟2中，設crc碼字的校驗多項式為h，計算校正子s＝s1?s2…sj…sr，其中，r為crc簽名長度，1≤j≤r，t為矩陣轉置計算符號：
12、
13、當校正子s不為0時，表明z≠e，猜測不正確，接收端生成新的噪聲錯誤模式e，重新開始下一輪猜測譯碼；
14、當校正子s等于0時，由校正子s計算公式知，存在兩種狀態：
15、狀態1)e＝z，是一個合法的crc碼字，猜測譯碼成功；
16、狀態2)是一個合法的crc碼字，雖然通過了crc錯誤檢測，但譯碼錯誤；
17、計算經過猜測譯碼后的rep性能。
18、進一步地，設crc碼字空間最小漢明重為dmin，信道噪聲z的漢明重為hz，生成的噪聲錯誤模式e的漢明重為he，的漢明重為hze；當grand算法的任意糾錯能力為m個比特，0≤m≤m，m為最大糾錯能力，spdu通過了crc錯誤檢測時，殘留錯誤概率如下式所示：
19、
20、其中，m為最大糾錯能力，0≤m〈0-m；
21、當m＝0時，spdu只做錯誤檢測，而不做猜測譯碼。
22、進一步地，當通過了crc錯誤檢測時，總的rep包括兩個部分：
23、1)當0≤hz≤m時，0≤m≤m，猜測譯碼成功，所對應的殘留錯誤概率的加權平均計算如下：
24、
25、2)當m＜hz時，超過了最大糾錯能力，spdu不能被正確猜測譯碼，但通過crc錯誤檢測，所對應的殘留錯誤概率為：
26、
27、總的殘留錯誤概率為：
28、
29、當m＝0時，最大糾錯能力為0，spdu只做錯誤檢測。
30、本專利技術所述的有益效果為：
31、1)本專利技術基于iec61784-3國際標準重殘留錯誤概率的計算方式，推導了猜測隨機加性噪聲譯碼條件下，不同最大糾錯能力m對應的殘留錯誤概率的封閉數學表達式；為grand算法用于spdu安全通信時，如何計算殘留錯誤概率提供了一種可靠的數學方法；
32、2)采用grand算法用于安全通信，會極大的降低殘留錯誤概率性能本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，其特征在于，步驟1中，假設SPDU的長度為n比特，發送端CRC編碼的SPDU為X＝x1?x2…xi…xn，信道噪聲為Z＝z1?z2…zi…zn，接收端SPDU為Y＝y1?y2…yi…yn，1≤i≤n，xi,yi,zi在二進制符號集{0,1}中取值；X,Z,Y的關系如下式所示：
3.根據權利要求2所述的猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，其特征在于，接收端生成噪聲錯誤模式E＝e1?e2…ei…en，對接收端SPDU做猜測譯碼，計算猜測的SPDU序列如下式所示：
4.根據權利要求3所述的猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，其特征在于，步驟2中，設CRC碼字的校驗多項式為H，計算校正子S＝s1?s2…sf…sr，其中r為CRC簽名長度，1≤f≤r，T為矩陣轉置計算符號：
5.根據權利要求4所述的猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，其特征在于，設CRC碼字空間最小漢
6.根據權利要求5所述的猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，其特征在于，當通過了CRC錯誤檢測時，總的REP包括兩個部分：
...【技術特征摘要】
1.猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，其特征在于，步驟1中，假設spdu的長度為n比特，發送端crc編碼的spdu為x＝x1?x2…xi…xn，信道噪聲為z＝z1?z2…zi…zn，接收端spdu為y＝y1?y2…yi…yn，1≤i≤n，xi,yi,zi在二進制符號集{0,1}中取值；x,z,y的關系如下式所示：
3.根據權利要求2所述的猜測譯碼條件下安全通信的殘留錯誤概率估算方法，其特征在于，接收端生成噪聲錯誤模式e＝e1?e2…ei…en，對接收端spdu做猜測譯碼，計算猜測的spdu序列如下式所示：
4.根據權利要求3所述的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：請求不公布姓名，詹明，
申請(專利權)人：邊緣智能研究院南京有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。