多用户信息论中安全问题的研究

The most important issues in communication systems are reliability and security. In this project, we investigate the security problems in multi-user information theory. First, we study the degraded broadcast channel with channel state information, confidential messages and noiseless feedback, and try to find whether the security can be enhanced by using the feedback. Second, we investigate several security models of multiple-access channel, and try to find the inner and outer bounds on the capacity-equivocation regions of these models.Third,we study the multiple-access wiretap channel with channel state information, and try to determine the capacity-equivocation region of this model. Fourth, we study the multiple-access relay channel with a wiretapper, and try to find what can the relay do to enhance the security of this model. Fifth, we study the relay broadcast channel with confidential messages, and try to find what can the relay do to enhance the model of broadcast channel with confidential messages. Sixth, we investigate the interference channel with confidential messages and noiseless feedback, and try to find whether the security of the interference channel can be enhanced by using the feedback. Finally, we try to find an encoding-decoding scheme to achieve the secrecy capacity of the non-degraded wiretap channel with noiseless feedback. This project will provide technical support and theoretical foundation for the secure and reliable encoding-decoding schemes in communication systems.

数据传输的可靠性和安全性一直是通信系统中两个最基本的研究课题。本项目从多用户信息论的角度，对通信网络中数据传输的安全性进行了详细的研究。主要内容包括：带边信息和反馈的降阶广播信道模型的安全性问题，主要研究反馈能否增强带边信息的降阶广播信道模型的安全性；多接入信道模型中的安全问题，主要从发送端和接收端两个方面研究多接入信道模型的安全性；带边信息的多接入信道模型的安全问题，主要研究边信息对多接入信道模型安全性的影响；多接入中继信道模型的安全问题，主要研究中继节点在多接入中继窃听信道模型中的作用；广播中继信道模型的安全问题，主要研究中继节点在带私密消息的广播中继信道模型中的作用；带反馈和私密消息的干扰信道模型的安全问题，主要研究反馈能否增强干扰信道模型的安全性；寻找一种实用的，能逼近带反馈的非降阶窃听信道模型安全容量的编译码方案。本项目的研究将为开发安全，可靠的编译码技术提供理论基础和技术支持。

数据传输的可靠性和安全性一直是通信系统中两个最基本的研究课题。本项目从多用户信息论的角度对无线通信网络的各个基本单元（广播、中继、多址接入等等）的安全容量区域进行了深入的研究，并揭示了这一系列网络单元的安全性与可靠性的折衷关系。其中重要的研究结果如下：.1、针对带可信任中继节点和私密消息的广播信道模型，我们研究了其安全容量区域的内外界，且提出了译码转发、广义噪声转发、广义压缩转发这三种中继策略。我们发现这三种策略在增强广播信道安全性方面各有优势。.2、针对带信道状态信息的广播信道模型，我们研究了反馈可否增强系统安全性的问题，并给出了如何利用反馈来设计安全编码的具体方案。.3、针对带可信任中继节点的多址接入中继窃听信道模型，我们研究了其安全容量区域的内外界，且提出了译码转发、噪声转发、压缩转发这三种中继策略。我们发现这三种策略在增强多址接入窃听信道模型安全性方面各有优势。.4、我们将实际的无线信道建模为带延时反馈的有限状态马尔科夫窃听信道模型，我们得到了该模型安全容量的表达式，并揭示了反馈时延和安全容量的关系。. 本项目的研究从理论上验证了可信任的中继节点、信道输出反馈可以增强通信系统的安全性。此外，本项目的完成为无线通信网络物理层安全编码的研究提供了理论基础和技术支持。