基于私密导频的物理层密钥生成及应用技术研究

发布时间：2021-10-12 16:23

　　物理层密钥生成技术是指合法通信双方利用无线信道内在的随机性、互易性、私密性和时变性等特征生成共享密钥对。与经典密码加密机制相比,物理层密钥生成技术不仅具有轻量级、普适性和取得信息论安全等特性,而且距离Shannon定义的“一次一密”的完美安全更近一步。因此,物理层密钥生成技术展现出巨大的发展潜力,近年来也引起广泛的注意。目前,物理层密钥生成技术研究主要集中在被动窃听情况下如何提高密钥生成速率和密钥容量。即在被动窃听情况下,合法用户利用窃听信道与合法信道的不相关性,根据时频域信道冲激响应和接收信号强度、相位、时延、包络等特征生成密钥。由于无线通信的广播性和传输媒介的开放性,基于无线信道的密钥生成技术易遭受窃听、模仿、篡改等攻击。如何在主被动窃听情况下,安全快速地生成共享密钥是物理层密钥生成技术面临的重要挑战,主要包括以下问题:（1）导频的公开性和不变性给攻击者实施模仿和篡改等主动攻击提供机会;（2）如何在主动攻击下基于无线信道安全地生成共享密钥;（3）如何在主动攻击下利用生成密钥在物理层加密。针对上述问题,本文依托国家863“未来无线接入物理层与系统安全通信技术研究”和国家自然科学基金“... 

【文章来源】：战略支援部队信息工程大学河南省

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略语
第一章 绪论
    1.1 课题背景与意义
        1.1.1 无线通信网络发展面临的安全挑战
        1.1.2 经典加密安全
        1.1.3 信息论安全
        1.1.4 课题的目的与意义
    1.2 物理层密钥生成及应用技术研究现状
        1.2.1 基于无线信道的物理层密钥生成
        1.2.2 主动攻击下的物理层密钥生成研究
        1.2.3 基于密钥的物理层加密
    1.3 问题的提出
    1.4 论文的主要工作
    1.5 论文结构安排
第二章 基于共享信息的私密导频生成
    2.1 引言
    2.2 系统模型
        2.2.1 系统模型
        2.2.2 信道训练和信道估计
    2.3 中间人透明转发攻击
    2.4 私密导频生成
        2.4.1 私密导频优化密钥源
        2.4.2 私密导频提高密钥安全性
        2.4.3 私密导频提高密钥一致性
        2.4.4 私密导频生成
        2.4.5 基于私密导频的密钥容量
        2.4.6 可达密钥容量的误差指数
    2.5 仿真结果
    2.6 本章小节
第三章 中间人主动攻击下基于动态私密导频的密钥生成
    3.1 引言
    3.2 系统模型和问题描述
        3.2.1 系统模型
        3.2.2 问题描述
    3.3 基于动态私密导频的密钥生成方案
    3.4 性能分析
        3.4.1 Alice和Bob之间不存在可达径
        3.4.2 Alice和Bob之间存在可达径
    3.5 仿真结果与讨论
        3.5.1 中间人透明转发攻击
        3.5.2 被动窃听
        3.5.3 模仿攻击
        3.5.4 信号注入攻击
    3.6 本章小结
第四章 静态或准静态信道条件下基于私密导频和奇异值分解的密钥生成
    4.1 引言
    4.2 系统模型
    4.3 无线信道重构和认证
        4.3.1 重构无线信道
        4.3.2 无线信道认证
    4.4 动态私密导频生成及其信道认证
        4.4.1 动态私密导频生成
        4.4.2 无线信道认证
    4.5 基于奇异值分解和动态私密导频的密钥生成方案
        4.5.1 密钥生成方案
        4.5.2 密钥生成速率优化
    4.6 仿真结果与性能分析
        4.6.1 生成密钥随机性
        4.6.2 被动窃听
        4.6.3 中间人透明转发攻击
        4.6.4 模仿攻击
        4.6.5 信号注入攻击
    4.7 本章小结
第五章 基于私密导频生成密钥的物理层加密
    5.1 引言
    5.2 压缩感知
    5.3 基于压缩感知矩阵的加密模型
    5.4 基于压缩感知加密的性能分析
        5.4.1 被动窃听
        5.4.2 对感知矩阵ABΦ的计算攻击
        5.4.3 对密钥的计算攻击
    5.5 仿真结果及其性能分析
    5.6 本章小结
第六章 结束语
    6.1 研究成果与创新点
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
作者简历攻读博士学位期间完成的主要工作


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MIMO接收信号空间的密钥生成方案[J]. 楼洋明,金梁,钟州,黄开枝,张胜军.  中国科学:信息科学. 2017(03)
[2]Physical Layer Security of Multi-hop Aided Downlink MIMO heterogeneous Cellular Networks[J]. Xiaohui Qi,Kaizhi Huang,Zhihao Zhong,Xiaolei Kang,Zhou Zhong.  中国通信. 2016(S2)
[3]Secure Power and Subcarrier Auction in Uplink FullDuplex Cellular Networks[J]. LI Mingliang,GUO Yunfei,HUANG Kaizhi,GUO Fei.  中国通信. 2015(S1)
[4]The Full-Duplex Artificial Noise Scheme for Security of a Cellular System[J]. JI Xinsheng,KANG Xiaolei,HUANG Kaizhi,LI Na,YI Ming.  中国通信. 2015(S1)



本文编号：3432915