基于重叠传输的物理层隐蔽鉴权技术研究

发布时间：2020-08-27 17:46

【摘要】：随着通信技术的快速发展,无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。由于无线通信信道是开放的电磁空间,攻击者能够轻易的从信道中截获合法用户的信号,并对合法用户的通信信号或通信过程发起攻击以获利,因此,无线通信系统的安全性面临很大的挑战。为了避免非法用户的接入和攻击,无线通信系统通常需要验证接入设备的身份,称为鉴权过程。常规鉴权方法通过交换加密的用户身份信息来实现,传输的加密鉴权信号仍存在被截获和攻击的可能性。本文研究一种基于物理层重叠传输的隐蔽鉴权技术,其核心思想是通信发射机在常规传输主信号上叠加一个小功率传输的标签鉴权信号,接收机在物理层利用标签信号特性来对接收主用户的身份和数据进行认证,以此保证合法用户的正常接入和通信,使攻击难以通过伪装身份进行恶意攻击。本文首先详细介绍了Verma等人提出的基于哈希散列映射的典型物理层重叠传输鉴权方案。该方案基于当前用户发送数据块和用户密钥,通过哈希算法产生标签信号,使得标签信号具有时变性从而难以破解。该方案在低信噪比条件下鉴权性能较差,主要是因为哈希算法输入数据的微小差异都会导致输出数据的巨大差异。针对基于哈希的鉴权方案的这一缺点,本文提出使用压缩矩阵降低标签信号生成过程中哈希算法输入数据的长度,通过提高哈希算法输入数据对主信号误码率的容忍性来改善系统在低信噪比条件下的鉴权性能。随后,本文又提出一种基于混沌序列的物理层重叠传输鉴权方案,由于混沌序列生成方式众多,周期长,且具有很好的相关性能,因此使用混沌序列改进标签信号的生成过程可以进一步提高鉴权系统的实现有效性。最后,本文从隐蔽性的角度出发,提出一种标签信号传输速率可变的物理层重叠传输鉴权方案。由于以固定符号速率传输的标签信号存在循环平稳特性,攻击方通过平方谱分析和循环谱分析等方法,经过长时间观察和分析总是能够发现并截获标签信号,威胁系统安全。而本文提出的变速率传输方法通过对标签信号符号速率的随机化处理大幅度抑制其循环平稳性,从而提高标签信号的抗截获能力。仿真证明,本文提出的标签信号传输速率可变的物理层重叠传输鉴权方案不仅具有很好的鉴权性能,同时具有很好的隐蔽性能。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92;TP309
【图文】：

频谱,共享资源,频谱,鉴权

图 2-2 Underlay 频谱共享资源配置2 基于哈希的物理层重叠传输鉴权方案 2-3 给出了基于无线信道的鉴权模型[1]。在该模型中，假设 Alice 与信双方，共享密钥为 key，双方以此为基础进行鉴权。Alice 希望向，而 Bob 需要对接收信号进行鉴权，即 Bob 需要正确鉴别出收到的 Alice 发送的。与此同时，在合法通信双方之外还存在第三方攻击线信道是开放的，Eve 窃听 Alice 的输出数据 X，将其篡改为 X’，之间的正常通信过程发起攻击。

模型图,鉴权,模型

频间P2P2P1图 2-2 Underlay 频谱共享资源配置哈希的物理层重叠传输鉴权方案出了基于无线信道的鉴权模型[1]。在该模型中，假设，共享密钥为 key，双方以此为基础进行鉴权。Aliceob 需要对接收信号进行鉴权，即 Bob 需要正确鉴别出发送的。与此同时，在合法通信双方之外还存在第三是开放的，Eve 窃听 Alice 的输出数据 X，将其篡改正常通信过程发起攻击。

鉴权,QPSK调制,星座图,主信号

第二章基于哈希的物理层重叠传输鉴权方案，MD5 哈希算法将任意长度的输入数据映射为 128鉴权方案的设计，发送方发送的是主信号(在本文中，传输的信号称为主信号)与标签信号时域叠加的混合s tX p S pTtp 分别代表传输主信号和标签信号所占的发送功率并且有t sp p，这就意味着标签信号仅占用了很少造成的影响很小。此外，主信号 S 与标签信号 T 的平真中，主信号与标签信号均采用正交相移键控(QuadK)的调制方式，图 2-6 为重叠传输的混合信号的星20.99s ，蓝色标记为主信号星座点，红色标记为主信号星座点。

【参考文献】