未来无线通信中基于物理信道的安全技术研究

发布时间：2021-11-14 16:23

　　未来的无线移动通信网络（5G）将支持海量的移动用户和终端设备的接入,满足超高带宽、超密集站点、超高大容量传输、低时延的用户体验要求,需要更加丰富和多样化的服务和保障高安全的应用。与传统有线网络相比,无线移动信道的广播特性和移动特性,使得网络中合法用户的通信很容易遭到非法用户的窃听和攻击。在传统无线通信网络中,通常在网络层及上层使用基于密码学的加密技术保障系统通信安全。现有基于密码学的技术实现安全是建立在基于计算的安全之上,即假设攻击者在未知密钥的情况下无法通过计算在有限时间内解密。但是随着计算机技术,特别是量子计算技术的不断发展,将导致现有的基于密码学的安全技术面临巨大挑战。同时,仅依靠现有的基于密码学的安全技术无法满足未来无线移动网络多样化应用场景的安全需求。相比传统上层安全技术完全依靠密钥的保密性和计算复杂度,基于物理信道的安全技术旨在利用无线通信物理媒介的随机性和唯一性（如无线衰落信道,接收信号强度,硬件指纹等）,为用户提供轻重量和高安全的通信保障。基于物理信道的安全技术不用假设攻击者的计算能力有限,根据无线信道和不同业务应用环境的特征,结合收发信号处理、调制和编码等物理层技术并... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：163 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

未来无线通信中的跨层安全设计架构

2-1 Wyner 窃听信道模型00 10BSR CR C 证疑似度 =1下的最大可达传输速率又称x[ ( ; ) ( ; )]N NI M y IM z道模型。设BC 和EC 分别表示主信道和窃容量sC 可以表示为[67] 2 22 2log 1 log 1 ,B EP P 取正运算，2B 和2E 分别表示 Bob 和 Ev准静态衰落窃听信道[68]时指出：当窃听信

最优的预编码矩阵是一个非凸的优化问题。同时，（2-10）的安全容量Alice 已知窃听信道 CSI 的情况下才能取到，而在实际的无线通信中并不能件成立。因此，在未知窃听者 CSI 信息的情况下，需要结合具体的信号以保证系统的安全性能。 多天线物理层安全信号处理基础随着多天线通信技术在通信系统中的地位越来越重要，MIMO 波束成形技成为 5G 的核心技术之一，其自带安全特性[49]也成为构建物理层安全的。MIMO 波束成形指同时利用发射端的多根发射天线传输一个数据流，可以看作是 MIMO 预编码的一个特例[92]，而 MIMO 预编码则为多个独立同时传输。波束成形的安全特性可如下图 2-3 描述，其发射方可以在特定很高的接收增益，而其他方位用户的接收增益则很低。根据此特性，让Alice（通常为基站）配备多根发射天线，利用波束成形技术设计发射信号高目的节点用户 (Bob) 的接收信号质量，而窃听节点 (Eve) 的接收信号低，由此形成合法通信用户具有更好接收性能的优势信道构建。区域外接收信号差

【参考文献】：
期刊论文
[1]移动通信系统平均物理层安全容量[J]. 李涛,张焱,许希斌,周世东.  清华大学学报(自然科学版). 2015(11)
[2]随机发送参考的多天线系统物理层安全传输算法[J]. 吉江,刘璐,金梁,黄开枝.  中国科学:信息科学. 2014(02)
[3]无线通信物理层安全技术研究[J]. 杨斌.  信息网络安全. 2012(06)

硕士论文
[1]基于MIMO-OFDM系统的跨层增强安全技术研究[D]. 宋欢欢.电子科技大学 2015
[2]无条件秘密无线通信系统的秘密编码设计[D]. 吴一帆.电子科技大学 2010
[3]基于反馈和LDPC码的窃听信道建模[D]. 胡前凤.电子科技大学 2010



本文编号：3494961