全双工无线供能物联网的物理层安全性能分析

面对干扰和窃听,传统的安全信息传输大都基于密钥加密的方法,在面向动态变化无线网络环境时会产生对称性密码系统的密钥分配、非对称性密码系统的高计算复杂度等问题。而快速增长的无线业务流量和物联网类型的海量设备接入,会引起计算复杂度的进一步提升和能量开销的激增。针对此问题,提出一种基于物理层安全技术的全双工无线供能物联网的安全通信方法,利用噪声和无线信道随机性来限制窃听者接收信息量。该方法首先基于信息论对全双工无线供能物联网安全容量进行分析,然后根据安全容量的分析模型推导得到了安全中断概率（SOP）的闭合表达式。最后,考虑到噪声、干扰机干扰、空间互干扰,以及残余自干扰等因素对安全容量的影响,提出一种全双工无线供能物联网安全波束成形方法,该方法通过降低联合干扰来增加发送和接收端的互信息量,提高全双工无线功能物联网的安全容量。通过蒙特卡罗仿真验证了推导结果的准确性,仿真结果表明,在安全容量和SOP指标上,全双工无线供能物联网比传统半双工无线功能物联网有较大性能增益。     

波形信道的建模与仿真

通信系统总体性能受到失真,噪声和通信信道产生的干扰的显著影响。这严重影响了通信效果。为了评估通信系统的性能,设计和优化发射机的信号处理操作,我们需要对通信信道进行建模和仿真。该文重点介绍了波形信道的建模与仿真中的多径衰落信道的仿真,波形级信道根据噪声,干扰,和其他扰动与被传输信号的结合,在接收机输入端产生一个失真和带噪声的波形信号来定义信道的。     

波形信道的建模与仿真

通信系统总体性能受到失真,噪声和通信信道产生的干扰的显著影响。这严重影响了通信效果。为了评估通信系统的性能．设计和优化发射机的信号处理操作,我们需要对通信信道进行建模和仿真。该文重点介绍了波形信道的建模与仿真中的多径衰落信道的仿真,波形级信道根据噪声,干扰,和其他扰动与被传输信号的结合,在接收机输入端产生一个失真和带噪声的波形信号来定义信道的。     

多径传输环境下的射频指纹估计方法

随着无线通信技术的飞速发展,其安全问题日益严峻.物理层安全技术利用无线信号的内在属性建立安全机制,为增强无线通信安全提供了新思路.无线信道密钥生成技术利用无线信道的互易性、随机性和唯一性生成对称密钥;射频指纹(Radio Frequency Fingerprint, RFF)识别技术借助寄生在无线信号中的射频特征进行设备身份认证.但是,在接收到的信号中,无线信道和RFF混叠在一起,不利于密钥生成和设备识别.无线信道与RFF的分离是物理层安全技术中需要解决的一个重要问题.本文研究了多径传输环境下的RFF估计方法,提出了基于信道互易性(Channel Reciprocity based, CR)的RFF估计方法以及基于主路径分解(Main Path Decomposition based, MPD)的RFF估计方法. CR方法利用无线信道的互易性获取发射机RFF,可广泛适用于单天线或多天线时分双工系统;MPD方法利用接收机的多天线优势,通过重构信号子空间来获取主路径中包含的发射机RFF.仿真结果表明, CR方法可以在理想的高信噪比条件下获得较好的估计性能, MPD方法可以从主路径中分解得到发射机RFF,可有效降低噪声的影响,在低信噪比条件下仍具有良好的估计性能.     

一种基于NOMA的多播无线隐蔽信道

随着移动互联网技术的飞速发展,大量的无线通信场景已经成为无线隐蔽信道的重要载体.当无线隐蔽信道需要在有限的时频资源与多个接收方实现通信时,多播无线隐蔽信道较现有的单播方法具有明显优势.提出一种基于非正交多址接入技术(NOMA)的多播无线隐蔽信道.信道中,发送方将多方秘密信息调制成人工噪声并叠加在正常信号上传输.各接收方通过差分解调去除其它人工噪声的干扰,得到对应的秘密信息.实验结果表明,所提多播无线隐蔽信道,相较传统单播无线隐蔽信道,在保持相同的抗检测性的同时,有效地提高了可靠性.     

基于网络编码的无线物联网多中继协作切换机制漫谈

随着无线物联网的发展,如何提高其性能速度成为一道难题,而网络编码的出现,正是应了这种需要,明显的提高了无线物联网的性能,受到了许多人的关注与研究。区别于有线网络,无线网络拥有共享信道与信道的时变性,所以为了充分发挥无线物联网的作用,必须提高无线信道的安全性,如今也有一些提升信道可靠性的技术,像中继技术, ARQ技术等。从网络编码技术中还发展出一些有特殊针对性的技术,比如抗搭线窃听的网络编码技术,网络纠错码技术等都在网络安全领域的展开相当的研究。基于网络编码的中继传输技术,可以大大提高系统的可靠性与实效性。本文就基于网络编码的物联网多中继切换机制进行漫谈,介绍一下网络编码的无线传输技术,针对物联网中的比如多中继,多路径的情况与物联网中的网络构造多跳切换场景等等,提出一些可能。     

一种新型的无线光通信脉冲波形研究

针对无线光通信系统中高斯脉冲、升余弦脉冲、三角波脉冲等几种常用的脉冲信号通信可靠性相对较低、误码率相对较高的问题,为消除噪声干扰,提高通信可靠性,提出结合无线光通信系统中常用的调制后脉冲波形设计了一种新的合成脉冲波形,合成脉冲用一个持续时间与单个相应脉冲相等的脉冲代替相应的连续脉冲,且与原始脉冲属性相同,能量和原始的连续脉冲相等.理论分析和仿真结果表明,当合成脉冲波形用于几种特定的调制信号,使调制信号的峰值会出现在几个固定的位置,可以映射出原始信源信号.经过仿真证明,误码率性能较原始常用脉冲波形有较大提高.     

基于RLS自适应滤波算法的MIMO-OFDM信道估计

对于传统递归最小二乘算法信道估计性能的抗噪声问题,提出一种基于自适应滤波的RLS估计算法。该算法通过在时域内加入自适应滤波器,对信道中的估计结果进行自适应滤波。经过仿真分析,将自适应滤波的RLS算法与传统的RLS算法在误码率(BER)的性能进行比较,得出基于自适应滤波的RLS算法是一种高精度抗噪声的信道估计算法。将系统的输入含有噪声的信号进行自适应滤波,得到输出信号波形,与输入信号波形进行对比,来验证自适应滤波对噪声抑制作用。     

基于Laplace机制的普适运动传感器侧信道防御方案

针对移动设备中运动传感器侧信道的防御研究面临很多困难，已有的解决方案无法有效实现用户体验与防御能力之间的平衡，也难以覆盖各种类型的运动传感器侧信道.为了解决上述问题，系统地分析了运动传感器侧信道攻击的通用模型，针对侧信道构建过程，提出了一种基于差分隐私Laplace机制的传感器信号混淆方案.该方案实施于系统框架层，通过无差别地向传感器信号中实时注入少量受控噪声，干扰侧信道学习"用户行为-设备状态-传感器读数"之间的映射关系.构建了侧信道的通用模型，结合典型的侧信道，从理论层面详细地分析了信号混淆抵抗传感器侧信道攻击的原理，证明防御方案具有优异的普适性、可用性和灵活性，能够有效地对抗实验以外的已知或未知运动传感器侧信道攻击.最后，筛选出11种典型的运动传感器侧信道进行对抗实验，验证了该防御方案对抗实际攻击的有效性.     

物联网中基于UWB能量检测定位算法的仿真

Ultra-Wideband(UWB)技术被认为是最适合进行室内无线测距定位的技术,为了实现对基于UWB的物联网中节点的位置进行定位,采用基于能量接收的方法来估计UWB信号的到达时间(Time of Arrival,TOA),进而计算出传播距离和位置。本文使用Matlab仿真了PPM-TH-UWB(Pulse Position Modulation Time Hopping UWB)信号在IEEE802.15.4a信道下的发射、延时、信道冲击响应、加噪声、能量接收、到达时间估计的过程。该方法解决了在没有UWB信号发送、接收装置时对无线定位算法的仿真、测试和评估。     

抗边信道攻击的高效多基标量乘算法

为提高椭圆曲线密码算法的安全性和效率, 在现有的边信道攻击和标量乘算法的基础上,提出了一种新的多基标量乘算法。通过引入随机数和基点掩码技术来隐藏算法的相关边信道信息,从而增强算法的安全性;同时,结合快速的半点运算和多基表示标量,提高算法的运行效率。经安全性分析,该算法能较好地抵抗多种边信道攻击。实际实验结果也表明,在美国国家标准技术研究所(NIST)推荐的椭圆曲线NIST B-163、NIST B-233和NIST B-283上,当预计算点个数分别为2和5时,新算法比Purohit算法效率提高了36%和42%,比赖忠喜等(赖忠喜,张占军,陶东娅.椭圆曲线中直接计算7P的方法及其应用[J].计算机应用,2013,33(7):1870-1874.)所提的算法效率提高了8%和11%。该算法可应用到智能卡等存储资源受限的领域中,使其对敏感数据加解密更安全、更高效。     

基于BRLWE的物联网后量子加密技术研究

随着量子计算机的发展,现有的公钥加密体系无法保障物联网通信的安全性。后量子加密算法所基于的数学难题目前还不能被量子计算机攻破,因此具备良好的抗量子安全性,尤其是基于格的公钥密码体制,有望成为下一代公钥加密体系的主流。然而,后量子加密算法存在计算量大、存储空间大等问题,如果将其直接应用于物联网终端的轻量级设备中,会降低物联网环境的通信效率。为了更好地保护物联网通信安全,保障物联网通信效率,提出了Sym-BRLWE(symmetrical binary RLWE)后量子加密算法。该算法在基于二进制环上容错学习(BRLWE,binary ring-learning with errors)问题的加密算法的基础上,改进了离散均匀分布上的随机数选取方式和多项式乘法的计算方式,从而满足物联网通信的效率要求,增加了加密安全性防护性措施以保证算法在取得高效率的同时具有高安全性,更加适应于物联网轻量设备。安全性分析表明,Sym-BRLWE加密算法具有高安全性,从理论上能够抵抗格攻击、时序攻击、简单能量分析和差分能量分析;仿真实验结果表明,Sym-BRLWE加密算法具有通信效率高的优势,加密解密效率高且密钥尺寸小,在模拟8 bit微型设备的二进制运算环境下,选择140 bit的抗量子安全级别参数时,相较于其他已有的基于BRLWE的加密算法,同等加密条件下Sym-BRLWE加密算法能够在加密总时间上减少30%~40%。     

基于curvelet变换和独立分量分析的含噪盲源分离

独立分量分析（ICA）是基于信号高阶统计量的盲源分离方法,在高阶统计量方法中,由于高斯信号的高阶累计量为零,所以系统存在加性高斯噪声时就难以处理。提出了一种基于curvelet阈值去噪和FastICA算法的含噪信号盲分离的方法,并对高斯噪声环境下的混合图像进行了盲分离的仿真。结果表明,该方法能很好地解决由于存在加性高斯噪声而导致经典ICA算法性能发生严重恶化的问题;同时将curvelet变换去噪应用于含噪图像的盲源分离中,可以提高混合图像的信噪比,相对于小波去噪后的ICA算法,其分离性能有很大改善。     

CREBAD：基于芯片辐射的物联网设备异常检测方案

随着物联网的飞速发展,物联网设备的安全问题受到了广泛的关注.物联网设备的软硬件特性导致其极易遭受各类攻击.对物联网设备的异常检测成为近年的热点,传统的基于入侵检测、流量分析等防护方式无法适用于物联网设备的软硬件环境.针对这一问题,提出了基于芯片辐射的异常检测方案,以物联网设备在工作时向外辐射的电磁波信号作为检测依据,采用遗传算法和近似熵理论对原始信号进行特征提取和选择后,利用一类支持向量机对正常行为产生的辐射信号进行训练.该方案具有无侵入的特性,无需对原有系统进行任何软硬件改造,适用于现有物联网设备.最后的实验结果表明：与其他常用的异常检测方案相比,该方案能够更有效地检测物联网设备的异常行为,具有较高的准确性和较低的误报率.     

强噪声环境下改进的语音端点检测算法

为了提高强噪声环境下语音端点检测的正确率,克服传统的短时能量和短时过零率双门限语音端点检测算法在低信噪比（SNR）条件下检测性能急剧下降这一缺陷,提出了一种改进的语音端点检测算法。该方法对强噪声环境下的语音信号,首先进行小波阈值去噪,提高信噪比,再采用双门限法进行端点检测。实验结果表明,该算法具有一定的鲁棒性,在强噪声环境下仍能准确地进行语音端点检测,从而该算法的有效性得到验证。     

改善蓝牙匹克网数据传输的MSK方法

蓝牙协议规定的调制方式需要在较高的传输信噪比下才能有效地进行数据传输.MSK调制解调方法能有效提高低信噪比情况下的无线通信的可靠性.建立了蓝牙数据传输系统的数学模型,推导了蓝牙数据分组传输吞吐率和平均接收信噪比之间的函教表达式;分析了几种调制方式在高斯加性白噪声信道中的数据传输性能,证明了使用MSK方法可以有效提高蓝牙匹克网在噪声信道中的数据传输性能.仿真结果支持了前面的结论,对于改善蓝牙匹克网在噪声信道中数据传输性能的研究提供了参考.     

基于小波包与自适应维纳滤波的语音增强算法

语音增强主要用来提高受噪声污染的语音可懂度和语音质量,它的主要应用与在嘈杂环境中提高移动通信质量有关。传统的语音增强方法有谱减法、维纳滤波、小波系数法等。针对复杂噪声环境下传统语音增强算法增强后的语音质量不佳且存在音乐噪声的问题,提出了一种结合小波包变换和自适应维纳滤波的语音增强算法。分析小波包多分辨率在信号频谱划分中的作用,通过小波包对含噪信号作多尺度分解,对不同尺度的小波包系数进行自适应维纳滤波,使用滤波后的小波包系数重构进而获取增强的语音信号。仿真实验结果表明,与传统增强算法相比,该算法在低信噪比的非平稳噪声环境下不仅可以更有效地提高含噪语音的信噪比,而且能较好地保存语音的谱特征,提高了含噪语音的质量。     

Robust feature extraction from spectrum estimated using bispectrum for speaker recognition

Extraction of robust features from noisy speech signals is one of the challenging problems in speaker recognition. As bispectrum and all higher order spectra for Gaussian process are identically zero, it removes the additive white Gaussian noise while preserving the magnitude and phase information of original signal. The spectrum of original signal can be recovered from its noisy version using this property. Robust Mel Frequency Cepstral Coefficients (MFCC) are extracted from the estimated spectral magnitude (denoted as Bispectral-MFCC (BMFCC)). The effectiveness of BMFCC has been tested on TIMIT and SGGS databases in noisy environment. The proposed BMFCC features yield 95.30?%, 97.26?% and 94.22?% speaker recognition rate on TIMIT, SGGS and SGGS2 databases, respectively for 20 dB SNR whereas these values for 0 dB SNR are 45.84?%, 50.79?% and 44.98?%. The experimental results show the superiority of the proposed technique compared to conventional methods for all databases.     

物联网无线协议安全综述

近些年来,随着物联网的快速发展,其应用场景涵盖智慧家庭、智慧城市、智慧医疗、智慧工业以及智慧农业。相比于传统的以太网,物联网能够将各种传感设备与网络结合起来,实现人、电脑和物体的互联互通。形式多样的物联网协议是实现物联网设备互联互通的关键,物联网协议拥有不同的协议栈,这使得物联网协议往往能表现出不同的特性。目前应用较广的物联网协议有ZigBee、BLE、Wi-Fi、LoRa、RFID等,这些协议能根据自身特性的不同应用在不同领域,比如说LoRa被广泛应用于低功耗广域网、RFID被用于设备识别。然而,由于物联网端设备只拥有受限的计算和存储资源,无法在其上实施完备的安全算法,许多物联网协议会在功耗和安全性之间进行取舍,使得物联网协议的安全性得不到保障。物联网协议的安全性直接关系到物联网系统的安全性,所以有必要对物联网协议的安全性进行分析。本文阐述常见的几种物联网协议所具备的安全能力,包括物联网协议在保护机密性、完整性以及身份认证上所制定的规则。然后从常见的无线协议攻击出发,包括窃听攻击、重放攻击、电池耗尽以及射频干扰,分析了这几种协议在面对这些攻击时的表现。除此之外,我们比较了常见的几种物...