基于无线信道特征的物理层安全研究

发布时间：2017-04-26 17:07

  本文关键词：基于无线信道特征的物理层安全研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电子技术与互联网的迅速发展,无线通信逐渐呈现宽带化、移动化的发展趋势,其相关应用也已深入到人们的日常生活中。然而,无线通信的开放性、灵活性、不稳定性等特点使其极易遭受攻击。同时,随着用户数量的增加、计算机技术的发展,传统安全机制密钥管理困难、抗攻击能力低等缺陷日益凸显,已无法满足实际的安全需求。无线物理层安全作为一种保障无线通信安全、实现理论安全的新方法,已成为信息安全领域的研究热点。它从信息论角度出发,以无线信道的唯一性、互易性、时变性、不可预测性为理论依据,将无线信道作为随机源,利用其传播特征生成密钥,从而在物理层解决无线通信中的安全问题。这种方法使得异地的通信双方能同时、独立生成相同的密钥,即可在无密钥分配的情况下实现密钥共享,避免了密钥的传输,有着广泛的应用前景。本文重点研究了宽带OFDM系统中基于无线信道特征的密钥生成技术,包括信道特征提取以及密钥生成算法,主要工作如下：1.针对宽带信号高采样接收问题,本文设计了四通道调制型混合滤波器组结构的高速ADC系统,使采样速率降低了4倍,并将其应用于宽带OFDM系统,实现了宽带信号的多通道联合接收。在此基础上,研究了OFDM信号中无线信道特征的提取方法,提取各子载波上的信道频域响应的幅度值作为信道特征。结果表明通信双方获得的信道特征具有极高的相似性,其互相关系数约为0.99,为后续成功生成一致的密钥提供了保障。2.针对通信双方提取的信道特征间存在的差异,提出了基于小波重构的信道特征预处理方法,以进一步提高其互易性。该方法利用sym8小波对信道特征进行3层分解,将相应的高频系数处理后再重构信道特征,有效减小了噪声的影响,预处理后通信双方信道特征的差异减小了20%,使得密钥生成过程中误比特率降低了约41%。3.为保证生成密钥的随机性,对已有的双门限量化方法进行了改进,提出了以中位数为基准的量化门限计算方法。用该方法求得的双门限对预处理后的信道特征进行量化,保证了初始密钥序列中‘0’、‘1’占比大致相等,使其通过了频数检测。4.为保证密钥的生成速率,提出了分段的密钥确认方法。该方法将纠错后的密钥序列分成四段,并保留其中SHA-1值相同的序列段,在保障密钥安全性的同时,尽可能多地提取出一致比特。在UMa信道模型下,相比于不分段确认的情况,该方法将密钥生成速率提高了约29%。最后将确认后的序列进行交织生成密钥,提高了密钥的随机性,经检测,慢变信道下生成的128位密钥至少能通过3个随机性检测,而在快变信道下至少能通过5个随机性检测。
【关键词】：物理层安全 高速ADC 无线信道特征 小波重构 密钥生成
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 缩略语表12-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.3 现有研究存在的问题18-19
• 1.3.1 通信双方提取的信道特征的一致性问题18
• 1.3.2 密钥生成速率和密钥一致性之间相互矛盾18-19
• 1.3.3 缺乏通用性强的密钥生成算法19
• 1.4 本文主要工作及结构安排19-22
• 1.4.1 本文主要工作19
• 1.4.2 本文结构安排19-22
• 第二章 基于无线信道特征的物理层安全技术22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 无线信道特征22-25
• 2.2.1 无线信道传播特征22-23
• 2.2.2 无线信道时空特性23-25
• 2.3 无线通信双工方式25-26
• 2.4 基于无线信道特征的物理层安全机制26-30
• 2.4.1 基于无线信道特征的密钥生成方案27-28
• 2.4.2 现有密钥生成算法28-29
• 2.4.3 密钥生成方案性能评估指标29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 基于多通道接收的宽带OFDM系统信道特征提取32-58
• 3.1 引言32
• 3.2 宽带信号高采样接收32-34
• 3.2.1 时间交织式ADC系统33
• 3.2.2 混合滤波器组ADC系统33-34
• 3.3 多通道宽带信号接收系统34-40
• 3.3.1 HFB基本原理34-37
• 3.3.2 基于调制型混合滤波器组的多通道接收系统37-40
• 3.4 基于宽带OFDM信号的信道特征提取40-46
• 3.4.1 OFDM基本原理40-42
• 3.4.2 基于宽带OFDM信号的信道特征提取42-46
• 3.5 系统设计与仿真分析46-57
• 3.5.1 四通道MHFB高速采样系统的设计与仿真47-54
• 3.5.2 宽带OFDM系统中信道特征提取的仿真与分析54-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第四章 基于小波重构的密钥生成算法58-86
• 4.1 引言58
• 4.2 小波变换58-61
• 4.2.1 小波变换基本原理58-59
• 4.2.2 常用小波函数59-61
• 4.3 基于小波重构的密钥生成算法设计61-76
• 4.3.1 信道特征预处理62-64
• 4.3.2 量化64-67
• 4.3.3 密钥纠错67-70
• 4.3.4 密钥确认70-72
• 4.3.5 密钥生成72-75
• 4.3.6 密钥生成算法总述75-76
• 4.4 算法性能分析76-84
• 4.4.1 初始密钥生成方法性能分析76-78
• 4.4.2 信道噪声和设备差异对密钥生成算法中序列误比特率的影响78-79
• 4.4.3 密钥生成算法在不同通信环境下性能分析79-84
• 4.5 本章小结84-86
• 第五章 总结与展望86-88
• 5.1 本文工作总结86
• 5.2 未来研究展望86-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-94
• 硕士期间发表的论文及参与的科研项目94

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冯菊香;温世成;周景林;赵利;;山区无线信道现场测量技术及应用[J];广西通信技术;2009年03期

2 冯菊香;温世成;周景林;赵利;;山区无线信道现场测量技术及应用[J];微型机与应用;2009年21期

3 李红;;无线信道中信道衰落的研究[J];才智;2010年22期

4 吴毅凌;李红滨;赵玉萍;;一种适用于时不变信道的信道估计方法[J];高技术通讯;2010年01期

5 陈国安,尤肖虎;基于信道变化速率检测的信道估计积分长度与专用导码功率动态调整[J];电子学报;1999年S1期

6 赵海涛;董育宁;夏洋;;基于模型的无线信道分组传输特性仿真研究[J];电信快报;2008年05期

7 肖小潮;郑宝玉;王臣昊;;基于最优观测矩阵的压缩信道感知[J];信号处理;2012年01期

8 杜向辉;于晓辉;郑立会;;弹载数据链信道模型仿真研究[J];航空兵器;2013年06期

9 王正强;;无线信道的研究[J];湖南农机;2008年09期

10 朱秋明;徐大专;陈小敏;;二维非均匀散射信道改进模型[J];系统工程与电子技术;2010年10期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 马章勇;赵军辉;赵春明;尤肖虎;;OFDM系统中迭代信道估计和解码研究[A];2003’中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C];2003年

2 郑康;;时变OFDM系统中参数化时域信道估计的改进[A];第十三届全国信号处理学术年会（CCSP-2007）论文集[C];2007年

3 周昱英;;一种自适应的切换功率测量和信道预测方法[A];Proceedings of 2010 National Vocational Education of Communications and Information Technology Conference (2010 NVCIC)[C];2010年

4 柴关华;徐友云;蔡跃明;;MIMO-OFDM无线传输系统中的信道估计研究[A];江苏省通信学会2004年学术年会论文集[C];2004年

5 刘顺佳;胡波;曾益;;UWB通信中的自适应单载波频域信道均衡[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年

6 王刚;董江波;李道本;;MIMO LAS-CDMA系统中基于插值信道估计的导频结构设计[A];2003’中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C];2003年

7 刘立海;刘建宇;胡晓红;;关于GSM-R系统无线信道与通信质量的讨论[A];GSM-R移动通信及无线电管理学术会议论文集[C];2006年

8 张艳红;都峗峗;付铁连;;一种基于分布式USFC-OFDM的异步协同传输技术[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集（下册）[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 杨向鹏 张磊 曹鹏;WCDMA的高速引擎[N];通信产业报;2004年

2 ;HSDPA涉及的关键技术[N];人民邮电;2006年

3 罗德与施瓦茨中国有限公司技术支持总监 金海良;TD升级考验射频测试[N];通信产业报;2007年

4 罗德与施瓦茨中国有限公司产品支持部 刘昶;TD-HSDPA射频测试冲刺商用[N];通信产业报;2008年

5 ;HSDPA打造移动宽带的高速引擎[N];人民邮电;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 王涵;星地混合OFDM通信系统压缩感知信道估计方法[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 赵丹;跳频OFDM系统关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年

3 孙健;突发OFDM系统的同步技术研究[D];浙江大学;2005年

4 杨星海;无线移动环境中滤波多音调制关键技术研究[D];山东大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 于珊珊;基于导频的MIMO-OFDM系统信道估计研究[D];西南交通大学;2015年

2 谭黎明;航空信道下的OFDM信号检测技术研究[D];电子科技大学;2014年

3 赵阳;航空信道下CI/OFDM与TDCS关键技术研究[D];电子科技大学;2015年

4 魏德肖;毫米波星—地MIMO系统信道衰落系数模型及误码率特性研究[D];西安电子科技大学;2014年

5 黄夷芯;基于无线信道特征的物理层安全研究[D];东南大学;2015年

6 孙兴国;基于压缩感知的无线信道估计方法研究[D];安徽大学;2013年

7 王涛;快变双选信道中突发高效传输方法设计研究[D];电子科技大学;2011年

8 周峰;基于压缩感知的信道估计及自适应预测[D];大连理工大学;2013年

9 赵雪亮;飞行器通信无线信道研究及仿真[D];西安电子科技大学;2008年

10 李淑蓉;VHF频段航空无线信道的估计与均衡[D];浙江大学;2002年

  本文关键词：基于无线信道特征的物理层安全研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：328870