基于极化码的无协商密钥物理层安全传输方案

针对现有的密钥生成方案需要在通信流程中增加额外的密钥协商协议，导致在5G等标准通信系统中应用受限的问题，该文提出一种基于极化码的无协商密钥物理层安全传输方案。首先基于信道特征提取未协商的物理层密钥，然后针对物理信道与密钥加密信道共同构成的等效信道设计极化码，最后利用未协商的物理层密钥对编码后的序列进行简单的模二加加密后传输。该方案通过针对性设计的极化码纠正密钥差异和噪声引起的比特错误，实现可靠的安全传输。仿真表明，该文基于等效信道设计的极化码在保证合法双方以最优的码率可靠传输的同时可以防止窃听者窃听，实现了安全与通信的一体化。     

基于余幂-激活离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换安全通信方法

为提高物理层安全传输性能,该文提出一种新的基于2维余幂-激活(2D-CPA)离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换(MP-WFRFT)安全通信方法。首先,将激活函数和余弦函数作为非线性因子引入1维立方(cubic)混沌映射,构造2维混沌映射。非线性因子可对原始cubic混沌映射的迭代过程进行扰动,从而获得更加饱满的相轨。利用分岔图、相图、Lyapunov指数谱等对提出的2维混沌映射动力学特性进行了验证。结果表明,构造的2维混沌序列随机性良好,可进入超混沌状态。然后,利用余幂-激活离散超混沌序列分别构建幅度变换矩阵、相位旋转矩阵和MP-WFRFT参数池,完成对星座幅相加密,以及MP-WFRFT动态变换加密过程,进一步消除数据统计特征,同时提升MP-WFRFT变换的抗参数扫描性能。数值仿真结果表明,加密数据的星座图呈类高斯分布,且传输系统对密钥的敏感性良好。     

一种基于信道特征参数的无线通信密钥生成方法

无线通信由于自身传输信道的开放性,其安全问题相对于有线通信更为突出。物理层安全技术利用无线通信信道天然的多径时变特性,可为无线传输提供物理层加密,因而近年来得到快速发展。针对传统物理层安全中密钥生成速率低、频分双工系统不适用等问题,提出了一种基于信道特征参数的无线通信密钥生成方法。基于宽带信号对多径的辨识力,利用各径间相对时延生成初始密钥,结合码本进行密钥长度扩展,从而生成最终密钥。通过数值分析证明,相对于传统物理层密钥生成方式,所提方法能显著提高密钥生成速率,同时,基于时延信道特征的互易性,该方法可适用于时分双工和频分双工无线通信系统的物理层加密。     

OFDM系统中基于三维星座旋转的物理层安全加密算法

传统无线通信的安全主要依赖于上层加密机制,无法保护物理层调制方式和调制信息的安全.本文针对正交频分复用（OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系统提出了一种物理层加密调制算法.该算法首先利用相位随机化的信号进行信道探测并提取出等效信道相位信息,然后对三维星座进行物理层调制加密,最后接收端进行解密解调.该方案充分利用了无线信道相位响应的随机性、互易性和位置敏感性,并将该特性用于增强物理层信号的安全性.理论分析和计算机仿真结果表明该算法具有较强的安全性,且相对于传统的QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）调制,该算法的误码率性能提升约2.5dB.本文关注于物理层安全,旨在物理信号层提供新的安全保障,在未来5G通信和军事安全通信中有较广泛的应用前景.     

拉丁阵和幅相变换相结合的物理层加密传输算法

传统无线通信的安全性主要依赖于上层加密机制,无法保证调制方式等物理层信息的安全。针对此问题,本文从物理层信道的本质特性出发,基于混沌理论中的三维洛伦兹映射,提出了一种利用拉丁阵置乱星座点位置信息的物理层加密传输算法。算法充分利用星座调制复数空间特性,能获得比布尔代数域更大的密文和密钥空间,因此可获得更高安全性。从理论分析、NIST(National Institute of Standards and Technology)随机性测试、密钥空间、密钥敏感性、识别调制方式等方面考察了算法的安全性能。理论分析和仿真结果表明,所提算法在保证通信可靠性的前提下,能够有效增强通信的安全性。      

基于MP-WFRFT的多维联合调制卫星隐蔽通信研究

为进一步提高卫星信号的隐蔽性能,该文结合加权分数阶傅里叶变换(WFRFT)的星座混淆特性与混沌映射轨迹的抗截获特性,提出一种基于物理层安全的双极化卫星联合调制方案。借鉴“相位扰码”思想和“联合设计”理念,通过扩展4-WFRFT加权项参数,增加了卫星信号处理的多样性,在此基础上嵌入Logistic映射加密,提高了信息破解的难度。建立双极化卫星混沌安全传输系统模型,提出基于MP-WFRFT一体多维的组合隐蔽新概念,探索双极化卫星信号星座优化设计和裂变融合机理。仿真结果验证了所提方案的有效性。     

基于激光传感器网络物理层随机噪声加密方法的研究

为保证激光传感器网络在实行数据和密文传输时的安全性,避免窃听者的窃取,研究激光传感器网络物理层随机噪声加密方法。在激光传感器网络嵌入网关,利用ANSIC在UC/OS-II操作系统编写噪声加密源代码,实现网关对物理层的加密功能。构建密钥和数据窃听信道模型,计算密文符号传递概率,在网络信道中添加随机噪声,使窃听者窃取的密钥和数据中包含大量噪声,加密激光传感网络物理层,提升网络通信和数据传输的安全性。测试结果表明：在数据量较大情况下,噪声数据加密,且可最大程度利用信道噪声确保激光传感网络物理层数据安全,确保网络具有通信最大可达安全速率。     

基于无线信道特征的内生安全通信技术及应用

伴随着信息技术的高速发展,无线通信网络的安全形势日益严峻。数以亿计的设备接入无线通信网络中,针对用户隐私以及基础网络环境的窃听、攻击事件频频发生,无线通信网络的安全问题已成为限制无线通信业务广泛开展的严重障碍。传统认证与加密机制与传输相脱离,以密码算法和分发密钥的私密性为前提,容易受到物理层的攻击。为此,迫切需要深入开展面向物理层的安全机制研究。从无线通信网络的根源出发,面向无线信道的内生属性,研究了基于无线信道特征的内生安全通信架构,并针对此架构提出了基于射频指纹与信道密钥的内生安全通信技术方案。该架构将认证、加密与传输融为一体,从体系结构上增强了防御效果;利用无线信道特征的内生特点,从技术手段上提高了安全性能。     

无线信道密钥生成技术综述

无线信道密钥生成技术作为物理层安全领域的关键技术之一,不需要密钥分发设施,而是利用无线信道的性质在合法通信双方之间共享相同的密钥,用于后续加密手段中,达到信息论意义上的安全.针对无线信道密钥生成技术,从评价标准、步骤、不同条件和场景下的无线信道密钥生成技术进行了综述,并对无线信道密钥生成的应用实现以及未来研究方向进行了...     

基于遗传算法的全索引调制的物理层加密算法

基于带指数调制的OFDM系统(Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Index Modulation,OFDM-IM)以其潜在的分集增益而被人们所熟知。随后,一种基于遗传算法的全索引调制的OFDM(GA-OFDM-AIM)方案被提出,与传统的OFDM-IM相比,其采用遗传算法辅助子块设计,通过交叉、变异和选择过程,得到了低误码率的子块实现,但由于窃听者可以通过搜索算法或检测信道中的子块,传输安全无法得到保证,为此提出了基于遗传算法的全索引调制的物理层加密算法。利用无线信道特点,采用密钥生成技术提取初始密钥并且作为混沌发生器的初始值产生混沌序列,再利用该混沌序列对GA-OFDM-AIM中的子块进行星座点映射和星座旋转,打乱了星座阶数和调制类型的特征,使得窃听者难以破解系统的参数。为验证该算法的有效性和安全性,分析了不同的攻击模型,并比较了加密前后星座的误码性能。安全分析和仿真结果表明,该方案能有效地提高系统的安全性和传输性能。     

WSN中一种改进的密钥管理方案研究

密钥管理作为传感器网络安全中最为基本的环节,在认证和加密过程中起着重要作用。针对无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的通信密钥易被破解的缺点以及为建立安全信道而增加密钥会造成网络的连通率低的问题,提出了一种改进的无线传感器网络密钥管理方案,通过定位算法得到网络中的坐标,利用所得到的位置信息对所存储的密钥空间进行优化,可以增大2个邻居节点拥有相同密钥空间的概率。实验结果表明:该方法占用较小密钥存储空间,能明显改善网络连通性和网络的安全性等性能,提高安全性。     

Secure image transmission through crypto‐OFDM system using Rubik's cube algorithm over an AWGN channel

Confidentiality of information must be maintained when it is required to be transmitted over a communication channel or when it is stored in a computer for further information access. Establishing a highly reliable and secure means of wireless communication for the transfer of digital data (text, images, audio, and video) from source to destination is becoming a prime requirement in present‐day wireless communications. Security can be achieved at the network level as well as at the data level. Data‐level security is made through cryptographic techniques. This paper emphasizes data‐level security aspects in a wireless communication system for the secure transmission of images over an AWGN channel condition. Here, a crypto orthogonal frequency division multiplexing system (crypto‐OFDM system) is designed using Rubik's cube encryption algorithm scheme for secured transmission of images under the MATLAB environment. The quality of the image transmission is analyzed using peak signal to noise ratio (PSNR) and BER at different SNR conditions. The quality of the encryption algorithm was also tested with statistical metrics, which are the histogram, NPCR, UACI, entropy, correlation coefficient analysis, etc. The numerical results reveal that a DCT‐based crypto‐OFDM system with Rubik's cube algorithm show a better performance over earlier cryptosystems and also perform superior to the original/basic OFDM system. The statistical analysis tests prove that Rubik's cube algorithm is one of the most robust algorithms for security point of view and is easy to implement, as Rubik's cube algorithm makes use of natural characteristics of pixel values, which form the basis for designing the secret key .     

基于无线信道状态信息的密钥提取方案设计与实现

基于无线信道状态信息(Channel State Information,CSI)的密钥提取技术可以利用无线信道的短时互易性和时空唯一性实现合法通信双方之间的共享密钥分发,且具有计算复杂度低和无需额外设施辅助的优点,是上层加密方案的有效补充.本文分别为无线通信中的合法节点和窃听节点设计了基于CSI的密钥提取方案和被动窃...     

基于多参数加权分数阶傅里叶变换的星座预编码系统研究与实现

针对当前多参数加权分数阶傅里叶变换(Multiple Parameters Weighted-type FRactional Fourier Transform, MP-WFRFT)星座特征缺乏定量研究的缺限,该文提出一种新型的星座叠加数学模型。通过分别研究信号的时域及频域分量,给出了星座模糊及裂变的定性及定量分析结论,并搭建了基于MP-WFRFT的星座预编码系统。通过构建相关混合整数优化模型,并利用遗传算法进行模型优化,进而设计出符合预期通信需求的预编码系统。经仿真分析,验证了所提出的星座叠加数学模型及优化方案的正确性;同时通过USRP硬件平台测试表明了所搭建的基于MP-WFRFT星座预编码系统的可行性。     

一种基于物理层加密的OFDM系统设计与实现

在5G无线通信系统中,高效、快速、安全地传输信息对整个通信系统有着重大意义。针对基于计算量的现代密码学系统算法高功耗、高复杂度的特点加之其面临巨大安全挑战的背景,提出并仿真验证了一种基于物理层加密的OFDM通信系统。该系统通过加密调制联合设计,在复数域对调制后的复数信号进行等距变换,以混淆原始信号波形特征,从而达到更高的安全性。理论分析和仿真结果表明,在各种信道中,该系统在保证OFDM系统通信性能的前提下,可以实现低功耗、低复杂度、低时延的物理层加密从而有效地提高系统的安全性能。