基于随机波束成型的MISO OFDMA物理层安全算法

在多用户非互易性信道场景下,基于信道状态信息的物理层安全算法需要接收端反馈大量的信道状态信息,导致系统保密吞吐量降低。针对这一问题,文章设计了一种基于随机波束成型的MISO-OFDMA物理层安全算法。在用户选择阶段,发送端依次发送随机生成的正交波束,每个接收用户反馈各个子载波上信干噪比（SINR）最大的波束索引,以减少反馈数据量;发送端将子载波分配给SINR最大的接收用户。在加密传输阶段,发送端在SINR最大的波束上发送有用信号,保证相应合法用户的正常通信;在其余波束上发送人工噪声,扰乱窃听者的监听。性能分析和仿真结果表明：当天线数为16,合法用户数为150时,相对于人工噪声方法,所提算法的保密吞吐量提高了2bit／s。     

一种智能超表面辅助的非视距安全通信方法

针对发射机与期望用户之间存在阻挡时的非视距物理层安全传输问题,提出了智能超表面辅助的阵列天线物理层安全通信方法。首先,建立智能超表面阵列天线系统模型,通过阵列天线直传链路和智能超表面反射链路完成无线系统的安全通信。随后,针对窃听者被动接收信号,无法确定窃听者具体位置的情况,提出了在确保期望用户可靠接收信号的同时以最大化人工噪声干扰功率为目标联合优化发射波束成形矢量和智能超表面反射系数矩阵的优化方法。最后,分析优化问题,并利用辅助变量和半定松弛等方法得到最优解,达到抑制窃听者接收信号的同时,确保期望用户可靠和安全通信的目的。仿真实验证实,智能超表面辅助的物理层安全通信方法提高了非视距场景下信息传输的可靠性与安全性。     

基于物理层信息加密的卫星隐蔽通信研究

为了增强卫星通信信号的隐蔽性和安全性,提出一种基于物理层信息加密的加权分数傅里叶变换（WFRFT）调制方式。结合WFRFT的低概率截获特性以及无线信道状态信息（CSI）的动态唯一性,在WFRFT系统中构造一个具有加密性质的酉矩阵,克服了传统WFRFT方法的不足,增加了信号处理的多样性。加密酉矩阵的生成利用了卫星通信系统的物理层信道特征,合法通信双方通过约定方式将合法信道的CSI转化为相位旋转因子,并以此为密钥完成对传输信号的加密和解调。仿真结果表明,经酉矩阵加密后的卫星信号在保持原WFRFT信号统计特性的基础上具有更复杂的星座分布,窃听者的误码率始终保持在0.5左右,有效保证了信息的安全传输。     

面向6G的全双工D2D通信物理层安全策略

针对6G赋能的智能时代下低时延、超高速、万物互联的海量机器类通信要求,基于物理层的安全防范技术已经成为传统信息安全机制的有效补充保障技术。基于多阶迭代干扰对齐(multi-phase iterative interference alignment, MPIIA)算法,利用反馈信道状态信息,提出了一种抵御被动式恶意攻击的物理层安全防范方案。算法依据全双工通信特点,首先,在反向阶段,利用反向信道对接收信号进行线性组合反馈给发送端;其次,在前向阶段,将反馈信号迭代与发送信号进行线性组合形成发送方案;通过设计编码矩阵,实现了全双工的多阶干扰对消,并极大地恶化了恶意用户的性能,从而保障物理层的安全。仿真结果表明,与传统的半双工D2D(device-to-device)通信相比,所提算法可以实现2倍的系统容量,同时保证智能D2D通信网络的最优自由度。     

一种利用网络编码提高物理层安全的无线中继系统

针对无线中继系统传输过程中存在的安全问题,提出了一种利用网络编码提高物理层安全的中继系统。该系统通过网络编码使合法用户无误进行信号传输,同时在窃听用户端造成通信冲突,从而提高中继系统的安全性。理论分析和仿真结果表明,利用网络编码技术可以有效提高合法通信双方之间的安全容量。     

量子通信网络中高斯信道的研究

从量子Fokker-Plank方程出发,在量子通信网络中构造出一种可行的量子高斯信道。变换Fokker-Plank方程的解并代入互信息公式经过一系列的复杂运算,得到相干态表象中的量子动力学互信息方程,在此基础上,提出具有可行性的量子态并行传播方案。该方案将光子加密态的系数看成信号,将传递在量子高斯信道中的信息进行编码后输入,然后通过提取和解码光子加密态的系数得到输出端信息。利用携带量子信息的谐振子编码态在量子高斯信道中进行传递,与经典高斯信道相比具有量子并行性的优点。     

基于AES加密的通信敏感信息窃取防御控制方法

为了提高无线传感网络通信敏感信息的安全性,提出基于AES加密的通信敏感信息窃取防御控制算法.构建无线传感网络通信敏感信息传输信道模型,结合传输编码序列,结合通信敏感密钥传输协议构建敏感信息的安全编码模型,结合模糊差分信息融合方法,得到对称加密协议下敏感信息的完整密钥以实现密钥优化设计,利用线性加密控制分析输出离散统计特...     

基于非完美信道信息的协作NOMA系统中保密通信技术研究

该文针对协作NOMA系统中保密通信进行了研究,在该NOMA系统中,一个有高保密需求的用户 (LU1)被多个非合作窃听者窃听,另一个普通用户(LU2)同时与基站(Alice)进行通信。为了提高系统的安全性能,在系统中引入了一个协作干扰者(Charlie)来扰乱窃听者。考虑更加贴近实际场景的非完美信道信息情况,基于LU1的保密需求和LU2的QoS要求,提出了一个自适应功率分配算法来解决安全速率最大化问题。仿真结果验证了该方案的有效性和灵活性,并且验证了非完美信道信息会降低系统安全性能以及能效。     

一种防窃听的随机网络编码

针对应用随机网络编码进行文件传输时的安全问题,提出了一种防窃听的网络编码算法．应用该算法,窃听者得不到关于信源的任何有意义的信息,称之为弱安全．该算法通过舍弃少量带宽使得随机网络编码能以很高的概率达到弱安全性的要求．另外,当信源和信宿共享有秘密信道时,秘密信道编码算法达到弱安全性要求的概率为1,且能达到网络的最大流．该编码算法仅是在原随机编码体制的基础上对信源和信宿进行了改变,中间节点编码保持不变．     

一种基于零陷导向随机跳空的物理层安全方法

使用跳空可以解决基于人工噪声的物理层安全方法信号空间分布恒定、易被窃听的问题,但是跳空图案泄露会导致系统安全性能失效。针对这一问题,提出一种基于零陷导向随机跳空的物理层安全方法。合法用户通过随机切换接收天线实现跳空,同时发送方通过波束成形对下一周期激活天线形成零陷,从而与合法用户实时约定跳空图案。由于主信道和窃听信道的差异性,窃听用户无法获取跳空图案。仿真结果表明,由于未知天线跳变规律,窃听者即使采用MUSIC-like方法进行窃听,仍无法实现干扰抑制,在BPSK调制方式下,其误码率接近0.5。     

基于部分纠缠态的高效量子安全直接通信

基于两粒子部分纠缠态提出一种高效量子安全直接通信方案。该方案利用诱骗态来检测窃听,协议安全性等价于BB84协议的安全性。通信双方分别通过受控非操作和局域幺正变换编码秘密消息,利用von Neumann测量,结合经典通信实现秘密消息的高效直接传递。与现有协议不同,通信双方通过不同的操作编码和传输秘密消息,共享两个不对称的量子信道,同时在恢复秘密消息时通信双方各自持有攻击者不能掌握的关键量子比特,使得协议在理想和噪声信道中均安全。所有纠缠比特都用于传输秘密消息,协议的量子比特效率较高。     

一种调制符号相位随机扰动的物理层安全方法

从信号调制的角度提出了一种调制符号相位随机扰动的物理层安全方法.该方法通过合法信道增益与随机扰动幅度的乘积,控制对调制符号的相位扰动范围,使得合法接收者在相位扰动下仍具有稳定的抗噪声性能,而窃听者由于窃听信道状态信息不同于合法信道,相位扰动更加剧烈,解调错误概率高于合法接收者.仿真结果表明：当窃听者未知合法信道状态信息时,文章方法相比直接传输的方法,安全间隙缩小了30.5dB;当窃听者能够获得合法信道相位信息时,文章方法仍能形成对窃听者接收性能的恶化,安全间隙缩小了11dB.     

基于强化学习的无人机安全通信轨迹在线优化策略

物理层安全是无线通信实现安全通信的一种有效手段, 无人机基站在存在地面窃听者的情况下向地面合法用户传输机密信息时, 已有研究一般采用离线方法对无人机基站的飞行轨迹进行优化, 得到的轨迹是固定的, 保密传输缺乏应对通信环境变化的能力。针对该问题, 本文研究无人机飞行轨迹的在线优化策略, 使机密信息被安全传输的同时实现通信平均保密率最大化。文中采用了更符合实际的视距/非视距混合信道模型对空地通信链路进行建模, 提出一种基于Q-learning算法的保障无人机通信系统安全的飞行轨迹在线优化方法。仿真结果表明, 与两种基准算法相比, 本文提出的算法能够有效提高无人机通信的平均保密率。     

随机多元基量子安全直接通信

根据量子通信系统安全性要求较高的特点,提出了单光子的随机多元基的偏振校正方案,可以完成各个偏振角度误差的补偿。与利用强光的补偿方案相比,窃听者更难获得基的信息,因此保密性更好。在测量基校正的基础上,针对传统多态量子通信系统筛选后有效信息少的缺点,设计了随机多元基的量子安全直接通信协议。该协议与窃听者Eve的互信息量很低;结合校验序列和一次一密,在信道不安全的情况下,窃听者不能得到有效信息,具有安全性好、易于实现、通信距离远等优点。     

基于广义空移键控调制的物理层安全方案

提出一种基于广义空移键控调制的多输入单输出系统中的物理层安全传输方案。发射端利用合法接收者反馈的信道信息对发送信号进行预处理,使合法接收者接收的来自各发射天线信号的相位对齐;同时进行相位旋转来增加星座点间的距离,从而提高合法接收者的接收性能,降低误码率。而窃听者接收到的各信号的相位仍然为随机分布,接收性能明显低于合法接收者。对合法接收者和窃听者的误比特率和保密容量进行了理论和仿真分析。理论和仿真结果表明,所提方案能明显降低合法接收者的误比特率,即使在合法信道性能比窃听信道性能要差的情况下,系统仍然能实现保密传输。     

空间调制系统中的人工噪声抗窃听安全传输方案

提出一种空间调制系统中利用人工噪声的物理层安全方案。通过发送天线序号和幅相调制符号来传输信息,而未发射幅相调制符号的天线发送位于合法信道零空间上的人工噪声,不影响合法接收者的信号检测,但干扰窃听者的信号检测过程。对系统保密速率、合法接收者和窃听者的误比特率上界进行理论分析,并进行仿真验证。理论和仿真结果表明合法接收者的误特率明显低于窃听者,误比特率在0.5附近,能获得可观的系统保密传输速率。     

用于大气激光通信的数字图像水印研究

通过分析大气衰减和大气湍流,可认为大气信道模型是高斯噪声信道,提出了结合多小波SPIHT和低密度奇偶校验码(LDPC)的数字图像水印算法作为联合信源信道编码用于大气激光通信.该算法利用了多小波SPIHT算法的信源编码高效性、鲁棒性和LDPC码的低误码性能,根据信源编码后数据在重建时的重要程度,进行不同等纠错保护的信道编码.仿真结果表明,在加性高斯白噪声(AWGN)信道中采用PPM调制方式,信噪比为14dB时,经过大气激光信道恢复出的水印归一化相关系数为0.863,纠正突发错误和随机错误的能力均很强,适用于大气激光通信的恶劣环境和保密通信.     

采用4-WFRFT和人工噪声的变换域通信物理层安全传输

为了提高变换域通信(TDCS)信号的物理层安全性,提出了一种基于4项加权分数阶傅里叶变换(4-WFRFT)和人工噪声的TDCS信号加密方式。首先利用4-WFRFT代替传统TDCS中的DFT/IDFT,改变了TDCS信号的空间分布,在保持原系统复杂度的同时增加了TDCS信号的抗截获性,在此基础上使用人工噪声进一步增强系统的安全性,最后推导了非法用户理论误码率以及系统保密容量。仿真结果表明,无论是全频谱或是频谱失配情况下,采用当参数 在[0,0.8)或(1.7,4]的范围内时,窃听者误码率始终保持在0.5,无法正确解调发送信号,同时系统保密容量也为正数,有效保证了信息的安全传输。     

一种计算mBnB编码数据相关性抖动峰峰值的方法

从信道响应函数出发,推导了高速串行通信中计算数据相关性抖动的一般公式,结合mBnB编码规则,提出了以单位脉冲响应的幅度作为权重的优先迭代算法,求得使数据相关性抖动取得极值的mBnB编码序列,进而计算数据相关性抖动峰峰值.利用实测得到的信道参数验证了该算法,相比于发送大量随机mBnB编码码流来遍历搜索数据相关性抖动极值的方法,该方法计算简单,且误差小,能够快速准确地得到mBnB编码码流的数据相关性抖动的峰峰值,并可据此评估不同mBnB编码的抖动性能.     

基于GNU Radio和USRP的切换天线方向调制物理层安全系统

提出了一种切换天线方向调制物理层安全传输系统,利用天线的切换选择扰乱非期望方向的窃听者进行信息窃密,实现了视距空间的保密通信。基于GNU Radio和USRP软件无线电平台,结合高速射频开关、FPGA控制板、网络收发模块以及阵列天线搭建了实验验证系统。通过测试窃听者位于不同方位角的视频传输质量和信号星座样式验证了该方法的可行性,结果表明与传统阵列天线相比,切换天线方向调制技术能提供更安全的视距通信。