无线物理层安全认证研究

发布时间：2017-08-29 20:00

  本文关键词：无线物理层安全认证研究

  更多相关文章： 无线网络 信道互易性 3GPP认证 物理层认证 接受者操作特性曲线

【摘要】：无线通信的飞速发展以及基于移动终端业务的增长,使得保证无线通信的安全既重要又具有挑战性。相对于有线网络,无线链路具有开放特性,更容易遭受窃听、篡改、伪造等攻击。受无线通信安全需求的驱动,准确认证通信用户的身份至关重要。目前国内外一些学者对无线物理层安全认证颇为关注,利用无线物理层资源的一些独特性质解决安全认证问题也成为了研究热点。无线物理层认证利用无线衰落信道的随机性和互易性等特点,在物理层识别通信用户的身份,与网络上层安全协议相结合进一步加强无线网络的安全性。本文研究的物理层认证算法分为两大类:不存在中继节点的PHY-PCRAS和PHY-CRAM、存在中继节点的PHY-CRAMR和PHY-AUR。本论文的主要研究工作和创新如下:(1)研究了PHY-PCRAS算法采用多进制相移键控(M-ary Phase Shift Keying,MPSK)的认证性能,仿真结果表明:子载波数目固定时,高阶调制的认证性能好;密钥长度固定时,低阶调制的认证性能好。(2)研究了PHY-PCRAS算法应用于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统时子信道频域的相关性,以及相关性对认证性能的影响。仿真结果表明:子信道频域的相关性随着子信道间距的增大呈指数趋势减小,并且子信道相关性越小,认证性能越好。(3)从理论上推导出PHY-CRAM算法的成功认证概率和错误接收概率均可用Marcum Q函数计算,以及认证准则中相关系数服从莱斯分布,密钥越长,其概率密度曲线与莱斯分布吻合地越好。(4)对PHY-CRAMR和PHY-AUR的接受者操作特性曲线(Receiver Operating Characteristic Curve,ROC)进行仿真分析。仿真结果表明:Rural信道下的认证性能比Urban信道好,且同一信道模型下,密钥长度不变时,这两种算法均是随着信噪比的增大认证性能变好;信噪比不变时,密钥长度对PHY-CRAMR的影响不明显,PHY-AUR的认证性能随着密钥长度的增大而提高。
【关键词】：无线网络 信道互易性 3GPP认证 物理层认证 接受者操作特性曲线
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92
【目录】：

• 专用术语注释表9-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 本文的研究内容14
• 1.4 本文的结构安排14-16
• 第二章 无线物理层认证基础16-33
• 2.1 无线网络16-25
• 2.1.1 无线网络概述16
• 2.1.2 无线网络特点16-17
• 2.1.3 无线网络分类17-19
• 2.1.4 无线网络的信道特性19-23
• 2.1.5 无线网络的信道模型23-24
• 2.1.6 无线网络的安全问题24-25
• 2.2 OFDM技术25-28
• 2.2.1 OFDM的基本原理25-26
• 2.2.2 OFDM信号传输模型26-27
• 2.2.3 OFDM的优缺点27-28
• 2.3 3GPP认证28-30
• 2.3.1 3GPP认证的原理28-30
• 2.3.2 3GPP认证的安全缺陷30
• 2.4 物理层认证30-31
• 2.5 物理层认证与 3GPP认证的关系31
• 2.6 本章小结31-33
• 第三章 基于相位调制的物理层激励-响应认证算法研究33-51
• 3.1 引言33
• 3.2 PHY-PCRAS算法介绍33-38
• 3.2.1 PHY-PCRAS通信模型33-34
• 3.2.2 PHY-PCRAS基本原理34-35
• 3.2.3 PHY-PCRAS实现过程35-38
• 3.3 安全性分析38-39
• 3.4 采用高阶调制的PHY-PCRAS算法39-44
• 3.4.1 高阶调制的信号模型39-41
• 3.4.2 认证性能仿真与分析41-44
• 3.5 OFDM系统中子信道频域相关性研究44-48
• 3.5.1 信道模型44
• 3.5.2 OFDM系统的等效频域表示44-46
• 3.5.3 子信道频域相关系数46-47
• 3.5.4 仿真结果分析47-48
• 3.6 PHY-PCRAS应用于OFDM系统的性能分析48-50
• 3.7 本章小结50-51
• 第四章 基于幅度调制的物理层激励-响应认证算法研究51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 PHY-CRAM算法介绍51-54
• 4.2.1 PHY-CRAM基本原理51-53
• 4.2.2 PHY-CRAM实现步骤53-54
• 4.3 PHY-CRAM的认证性能分析54-57
• 4.3.1 PHY-CRAM的系统模型54-55
• 4.3.2 认证性能参数的理论推导55-57
• 4.4 安全性分析57-58
• 4.5 仿真结果与分析58-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 存在中继节点的物理层激励-响应认证算法研究63-75
• 5.1 引言63
• 5.2 系统模型63-64
• 5.2.1 应用模型63-64
• 5.2.2 通信模型64
• 5.2.3 攻击端模型64
• 5.3 PHY-CRAMR算法64-68
• 5.3.1 算法描述及实现过程64-65
• 5.3.2 认证方案65-66
• 5.3.3 安全性分析66-68
• 5.4 PHY-AUR算法68-71
• 5.4.1 算法描述及实现过程68-69
• 5.4.2 认证方案69
• 5.4.3 安全性分析69-71
• 5.5 PHY-CRAMR和PHY-AUR性能仿真与分析71-73
• 5.5.1 信噪比不同71-72
• 5.5.2 密钥长度不同72-73
• 5.6 本章小结73-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 论文总结75-76
• 6.2 工作展望76-77
• 参考文献77-80
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文80-81
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利81-82
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目82-83
• 致谢83

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本文编号：755138