基于设备与信道特征的物理层安全方法

发布时间：2024-05-27 05:07

　　接入安全与数据保密是无线网络安全性和保密性的两个最重要的因素.然而,基于计算安全的身份认证及保密通信方法在未来信息化系统中面临巨大挑战.与此同时,基于信息论安全的物理层安全为身份认证和保密通信开辟了新的思路.本文综述了近年来基于设备与信道特征的物理层安全方法的研究进展.利用无线通信设备、信道的特性可以从物理层实现设备身份的识别与认证以及密钥的分发与更新,同时具备高度安全性与使用便捷性.其中,设备指纹方法从发射信号中提取发送设备的特征,作为设备身份的唯一标识,从而准确识别不同发射源个体.指纹的唯一性、鲁棒性、长时不变性、独立性、统一性和可移植性是设备指纹身份认证的依据.而基于信道特征的密钥生成方法则从接收射频信号中提取互易的上下行信道的参数,转化为对称密钥,实现一次一密的安全传输.同样地,密钥的一致性、随机性、防窃听性则是反映无线信道密钥生成方法性能的关键要素.本文对设备指纹与信道密钥的关键要素归纳分析,并指出目前存在的几类难点问题.最后,本文讨论了在未来移动通信中该技术新的应用场景.

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【部分图文】：

图2设备指纹识别/认证的通用方法

(3)指纹识别.最后也是关键的一步是开发指纹识别算法来识别无线设备并检测非法设备.指纹识别根据是否存在关于合法设备的指纹先验信息(称为白名单或者指纹库)可以分成有监督的和无监督的两大类.(a)在有监督的指纹识别系统中,通常包括注册登记和身份识别/认证两个模块.在注册期间对每个设备....

图1数字通信系统中设备指纹来源的建模

通过从发射机的模拟信号提取其特有特征来识别发射机的物理层安全被称为设备指纹识别(也叫物理层设备指纹识别)[16].设备指纹源自发射机硬件电路的容差或者缺陷,主要归因于射频前端中的模拟器件.尽管电路设计和制造技术不断进步,但是发射机器件基材的制备和制造过程中仍会引入误差(例如沟道宽....

图3基于信道密钥的保密通信模型

·设备指纹的可移植性问题.由于设备指纹注册登记和实际使用时可能采用不同的接收机,或者考虑到接收机由于损坏需要更换的场景,考虑到信号采集时引入的接收机的不同指纹,如何消除接收机指纹,增强不同接收机之间的可移植性,是实际应用中无法忽略的一个问题.可以借鉴放大器预失真补偿的理念,通过高....

图4密钥生成流程图

信道密钥方法的理论基础可以追溯到1993年Maurer等学者提出的利用相关随机源及公共授权信道提取密钥的模型[84].进一步地,电磁波三大独特的传播特性使该理论的实现成为可能.首先,依据无线信道的传输互易性,合法通信的一对用户所观测到的信道特征具备高度相关性,通过在公共信道进行一....

本文编号：3982811