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。     

基于数据云处理的物理特征安全验证系统

与传统加密技术相比，物理层安全技术利用信道噪声实现与明文等长的密钥加密效果，窃听者即使拥有强大的破解计算能力，在没有主信道信息的前提下依然无法破译保密数据，在未来的通信系统中极有可能实现“一次一密”，为无线通信系统提供了强有力的安全保障。提出了基于数据云处理的物理特征安全验证系统，基站和合法用户可以高效获取信道信息，窃听者可凭借云服务器强大的存储及计算资源不限时地进行保密信号破译。基于此系统，设计并验证了联合预编码及人工噪声的物理层安全方案，填补了该方案原型机验证平台的空白，为验证物理层安全技术的无条件安全特性提供了有力支撑。     

空天地通信网络中物理层安全技术综述

空天地一体化通信网络是未来无线通信的发展趋势,其固有的广播特性和广阔的覆盖区域,将导致网络通信系统面临严重的安全威胁。如何保证空天地通信网络的安全性是一个亟待解决的问题。物理层安全技术作为一种有效的安全手段,在无线通信领域受到越来越多的关注。介绍了物理层安全的基础以及空天地通信信道模型,并对物理层安全中常见的窃听编码、波束成形、人工噪声、中继协作干扰和物理层密钥加密等技术进行了介绍和总结,最后提出了空天地通信网络中物理层安全面临的挑战和未来的发展趋势。     

基于信道相位信息的光网络动态加密方案

针对光网络使用过程中下行通信数据传输至全部光网络单元内，提升非法用户窃取下行通信数据可能性的问题，以提升密钥安全性、确保光网络通信数据的安全为目的，研究基于信道相位信息的光网络动态加密方案。以小区参考信号为基础，采用最小二乘算法估算光网络导频位置的信道，获取信道频率响应估计值。采用基于信道相位的密钥提取方法，通过划分相位区域、选取密钥信息、相位与幅度量化等过程将光网络信道频率响应估计值转换成密钥比特，通过密钥合并获取密钥。通过一维Logistic混沌映射获取密钥流，利用密钥流对光网络通信下行数据实施异或加密和解密。实验结果显示，该方案所生成的动态密钥随着时间的改变而不断更新，加密方案所生成的密钥各检测项目所得评价值均高于0.01,且其中三个项目的评价值均能达到0.5以上，且具有较强的随机性，能显著提升光网络通信安全。     

基于区块链技术的光通信网络数据加密方法设计

为提升光通信网络数据传输的安全性,设计基于区块链技术的光通信网络数据加密方法。密钥生成中心生成公钥与私钥,数据加密单元结合密钥生成中心生成的公钥加密数据,得到数据密文,用户使用私钥解密云服务器存储的数据密文,获取光通信网络数据明文;加密单元利用对称加密算法,结合密钥生成中心生成的公钥,加密光通信网络数据,通过支持多关键字检索的公钥加密算法,加密关键字,利用基于格的密文策略属性基加密算法,加密数据索引,实现数据加密。实验证明：该方法可有效加密光通信网络数据;在不同类型网络攻击下,该方法加密数据的安全性均较高;在不同数据属性与关键字数量时,该方法的加密效率均较快。     

基于嵌入式技术的激光传感器网络加密策略

针对当前激光传感器网加密策略存在的安全性差,工作效率低等难题,提出了基于嵌入式技术的激光传感器网络加密方法,首无对当前激光传感器网络加密研究进展进行了分析,建立了嵌入式的激光传感器网络网关模型,分析激光传感器网络与外界网络的互联原理,然后采用随机密钥的激光传感器网络加密策略,实现激光传感器网络加密,最后采用仿真实验对激光传感器网络加密策略的性能进行了分析,结果表明,本文激光传感器网络加密策略的能够抵御网络入侵;加密和解密耗时短,工作效率、占用空间等方面均优于对比方法,具有一定的实际应用价值。     

一种基于友好干扰者协助的区别信道估计机制

在物理层安全中,可以通过抑制窃听者信道估计的准确性间接提高合法接收者和窃听者间的接收信号质量差距,从而提高信号传输安全性.给出一种基于友好干扰者协助的区别信道估计机制,该方案借助于友好干扰者发送人工噪声来干扰窃听者的信道估计过程.进一步,基于窃听者的信道估计误差最大化给出了训练序列和人工噪声之间的最优功率分配,更好地抑制了窃听者信道估计的质量.仿真结果表明,新方法能有效地抑制窃听者信道估计的性能,提高合法接收者和窃听者间的接收信号质量差距.     

一种改进型的多天线加权跳空保密通信技术

多天线阵列随机加权方法和人工噪声方法可以在物理层保障无线通信的安全。但是,当窃听者天线数大于等于发送者时,窃听者就有可能通过Music-like窃取信号。针对此问题,提出了一种改进的多天线阵列加权方法。该方法是通过阵列加权方法和跳空技术相结合,接收者根据生成的跳空图案选择相应信道接收解调,而窃听者没有跳空图案所以不能解调出信号,即使窃听者知道跳空图案,但他不能消除零空间内的人工噪声,窃听者仍然没有办法得到正确的发送信息。仿真结果显示,该方法是一种有效的物理层保密通信方法。     

5G通信中的增强物理层安全信号处理技术探讨

本文主要针对5G通信中,关于增强物理层信号安全性的技术.这技术可以在数据发射和信道预判这两个阶段实现.在数据发射时,可以通过波束赋形环节来让整个信号质量得到提升,进而有效限制窃听者所能得到的信号强度.除此以外,对于人工噪声进行波束赋形也可以进一步限制窃听者所能够截取的信息.而在信道预判阶段,通过训练过程可以让窃听者的信道性能进一步恶化,这样可以从整体上提高数据信号发射的效果.     

基于信道CSI的抗窃听信号安全保障方法研究

随着无线通信网络在全球范围内蓬勃发展,无线通信网络中的隐私和安全问题引起了广泛的研究。物理层安全技术方案已被证明是解决未来网络安全性能的重要方案,有望满足日益增长的用户安全通信需求。为了防止窃听者窃取保密信息,在合法信道和窃听信道的信道状态信息（Channel State Information,CSI）已知的情况下,文章提出一种抗窃听物理层安全预编码方案。该方案能够有效提升合法信道的信道容量,在合法用户（Bob）和窃听用户（Eve）之间产生容量差以保证信息的安全传输,同时使得合法用户的中断概率远低于窃听用户,从而保证信息传输的可靠性。仿真结果证明了所提方案的有效性。     

iJam密钥产生方案的双窃听者合作攻击

iJam是一种与信道变化快慢无关、且能够快速生成物理层密钥的新技术。在iJam方案中,发送者连续发送两份相同的OFDM符号,接收者随机干扰每对采样点中的一个。合法接收者可以利用干扰信息重构密钥信息,而窃听者因不知干扰符号的位置而无法进行有效重构。然而,iJam方案的安全性与窃听者的位置紧密相关。尽管iJam采取双向交换密钥等机制克服了单窃听者的位置敏感问题,但是iJam方案的安全问题仍然存在。为攻击iJam,本文提出了一种双窃听者合作攻击方法,两个分别位于Alice、Bob端的窃听者合作对iJam进行攻击。仿真结果表明:双窃听者合作攻击方法可有效破解合法用户协商的密钥。      

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。     

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。      

一种基于时空编码的物理层安全算法

针对多天线窃听系统的物理层安全问题,提出一种基于时空编码的预编码算法。首先,合法接收者发送训练序列用于发送者估计主信道状态信息,而窃听信道的状态信息合法用户均未知;其次,发送者利用均匀信道分解的方法提取主信道状态信息的特征参数,生成发射端预编码矩阵和合法接收端均衡矩阵,收发联合加密处理提高物理层安全;最后,利用 Monte Carlo方法进行仿真实验,数值分析表明,该算法在窃听者天线数目增多时能够实现非负的保密容量,即使窃听信道质量较好时,窃听者的接收性能仍维持在很差的水平,误码率高达0.5。     

基于AES加密算法的1.25Gb/sEPON下行加密研究

介绍了AES-128算法的加、解密原理,从明文和密钥角度分析了AES加密算法的雪崩效应,提出了增量式密钥更新方法,通过在新旧密钥加密的密文之间插入密钥更新符,引导接收端无缝切换密钥。重点研究AES-128加密算法在1.25Gb/s EPON中的应用,通过FPGA和SFP光收发模块搭建实验平台,实现EPON物理层下行数据的加密、解密和密钥更新功能,保证了EPON下行通道数据的安全性。     

无人机辅助物理层安全下的保密性能优化

信息安全是影响物联网(IoT)应用的关键因素之一,物理层安全是解决物联网信息通信安全问题的有效技术。该文针对物联网中带有主动攻击的全双工窃听者,利用无人机(UAV)辅助发射人工噪声的方法,提升系统物理层安全性能。为了跟踪窃听者位置移动,首先采用贝叶斯测距和最小二乘法迭代估计窃听者位置,然后提出基于Q-learning的无人机轨迹优化算法,以达到在窃听者移动情况下系统保密性能最优。仿真结果表明,该算法能快速收敛,并且无人机能够跟踪窃听者移动来确定自身最佳位置,对窃听信道实施有效干扰,从而保证系统可达安全速率最大。     

窃听多天线的多用户调度安全性能分析

物理层安全作为一种密钥缺省的安全方案,逐渐成为信息安全和无线通信两个领域的交叉热点,其主要利用物理层传输资源保证合法接收者正常通信,同时抑制窃听信道通信。针对这一特点,提出了基于无线通信网络中窃听用户多天线、发送端多用户调度,合法接收端选择最好用户的模型,这时窃听用户进行随机选择,分析这种情况下主信道信噪比、窃听信道信噪比、安全传输速率以及窃听用户天线数目对系统安全性能的影响。仿真结果表明,窃听信道多天线时中断概率增加,即降低了系统的安全性能,但增加发送端用户数目、降低窃听信道信噪比、增加主信道信噪比可以显著提高系统的安全速率。同时证明,这种方案同随机选择发送用户相比较,切实提高了系统的安全性能。     

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。     

基于多随机信号流的密钥生成方案

基于随机信号流的密钥生成方案会在合法发送方发送随机信号时泄露部分共享随机源信息导致密钥安全性和可达密钥速率较低。针对此问题,该文提出一种基于多随机信号流的密钥生成方案。首先,发送方利用信道互易性和上行导频估计下行信道,然后发送方在各天线上发送相互独立的随机信号流。由于窃听者难以准确估计所有随机信号流,因此难以窃取接收方每根天线接收到的叠加随机信号,而发送方则可根据估计的下行信道和自身发送的随机信号流计算出接收方各天线的接收信号。因此,可以将接收天线上的叠加随机信号作为共享随机源提取密钥。进一步地,该文还推导了该方案的可达密钥速率和共享随机源的互信息量表达式,并分析了两者间的关系以及对密钥安全性的影响。最后,通过仿真验证了该方案的有效性,仿真结果表明该方案能够有效降低窃听者观察到的共享随机源互信息,从而提升可达密钥速率及密钥安全性。     

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。