不同环境下无线信道密钥生成性能研究

在无线通信物理层安全的研究中,通信双方的信道具有很好的短时互易性,可以从无线信道中提取出相似的信道特征并生成一致的密钥.该技术可以利用无线信道天然的随机性为无线通信系统实时的分配对称密钥.本文利用通用软件无线电平台(USRP)设计并实现了实时的无线信道密钥生成系统.基于设计的无线密钥生成系统,本文在室内房间、室内走廊、空旷室外三种不同场景中的终端固定、终端移动以及人员走动三种不同信道环境下长时间测量了无线信道并生成了密钥.通过分析合法通信双方和窃听者信道状态信息(CSI)的互易性、CSI信息泄露率、CSI随机性、密钥随机性四个指标,详细分析了不同场景及环境下无线信道密钥生成技术的安全性与可靠性.通过实验表明,空旷室外信道随机性最高,室内走廊随机性其次,室内房间随机性最低.此外,周围环境变化愈快,信道随机性愈高.通过选择合适的密钥生成参数,都可以在不同的场景及环境下生成满足随机性要求的密钥.     

一种基于相关峰统计特征的光纤以太网设备指纹识别系统

针对光纤以太网设备在访问认证中存在安全隐患的问题,首次提出了一种基于相关峰的光纤以太网设备物理指纹提取方法,设计了一个由24个光纤以太网器件组成的强度调制/直接检测(Intensity Modulation/Direct Detection,IM/DD)实验系统。采用一种适应环境条件的混合自适应分类方案,通过进行大量的实验来优化参数设置,并与基于经典统计特征的方法进行了比较。实验结果表明,在0 dB和20 dB的信噪比下,设计的系统分类精度可以达到85.76%和91.11%,显著优于基于经典统计特征的方法。     

融入思政的网络空间安全前沿技术教学探索

探讨在讲授网络空间安全新技术时融入思政元素的教学方法。以量子通信、公钥基础设施、物理层安全、区块链、可信计算、隐私保护6个方面技术为教学内容,在讲授新技术的同时,分析我国科技人员的奋斗历程、研究成果以及未来目标。组织学生分工协作,交流学习体会,探寻科研规律,使学生不仅可以吸收最新技术知识,还可以掌握攻克科学问题的方法及所需的科学政治素养。为研究生课程思政的教育教学方法可以提供有益参考。     

基于星座轨迹图的射频指纹提取方法

无线设备的接入安全是当今无线网络安全的一个严重挑战。基于射频指纹的物理层安全技术是解决无线设备接入安全的一个有效途径。在不同于已有的基于瞬态响应和稳态响应的射频指纹特征提取方法上,本文提出了一种使用星座轨迹图（CTF,Constellation Trace Figure）的射频指纹提取方法。在获得的星座轨迹图上,进一步通过K均值聚类提取射频指纹特征并进行设备身份识别。在理论阐述的基础上,本文通过在实际无线通信系统中提取射频指纹特征并进行无线设备身份识别,验证了提出方法的可靠性与实用性。使用基于星座轨迹图的射频指纹特征提取方法不需要获得设备发送信号的先验信息就可以快速获得无线设备唯一的射频指纹特征,可以被用于物理层安全以及无线接入设备的身份识别及认证。     

基于射频信号特征的Airmax设备指纹提取方法

针对私有协议的Airmax设备,提出了一种新的射频指纹提取方法。首先,介绍了软硬件实验环境的搭建并简要介绍了Airmax技术,然后介绍了帧前导信号的提取方法,分为粗定位和精确定位,接着从理论分析和实验验证阐述了Airmax射频指纹的提取方法。提取的特征维数为14,其中频率偏移相关的特征有2个,幅度相关的特征有12个。最后,基于这14维特征使用K-means算法及决策树模型对设备特征数据集进行了训练和分类,计算了分类准确率,两个模型的准确率都达到了100%,对于4个设备的分类问题,K-means算法的准确率为92.4%,决策树模型的准确率为100%。     

一种基于射频指纹的电力物联网设备身份识别方法

由于通信媒介的开放性,电力物联网设备的无线通信过程面临着信息安全风险。提出使用无线设备固有的射频指纹作为物联网设备身份识别的依据,并利用深度学习技术实现双向设备身份识别,以增强无线接入阶段的安全性。该方法采用边缘计算的思路,利用通信信道双向的互易性,将物联网终端设备需要完成的基站身份学习任务转移到基站处完成,降低了对于物联网设备算力、存储、能耗等方面的需求,适用于物联网应用场景。实验结果表明,该方法能够达到良好的设备身份识别性能。     

基于临近听域超声波TDOA室内定位的实现

介绍了一种便于部署的超声波室内定位系统。通过普通高音喇叭可以发射的20~22 kHz超声波频段,本文实现了基于3个高音喇叭信号源的超声波到达时间差（Time difference of arrival,TDOA）的定位。普通手机通过麦克风采集该频段的超声波,经过信号处理后实现了高精度、低成本的室内定位。本文在定位系统中设计了发射端超声波定位声源的信号结构,并设计了接收端通过频率搜索和基于快速傅里叶变换的频域搜索的同步方法。同时本文还将一种修正秩-1拟牛顿法应用到了基于TDOA的定位场景中,并验证了在使用3个高音喇叭时该算法定位精度与经典的CHAN算法基本相同。实验中本方法采用了不同于以往的40 kHz超声波频段的定位方案,在使用普通手机接收的条件下,各次实验结果误差均低于9 cm。