基于安全极化码的密钥协商方法

针对密钥协商过程中的信息泄露问题,该文综合考虑信息协商和隐私放大提出了基于安全极化码(SPC)的密钥协商方法,打通了从量化误比特率(QBER)条件到密钥中断概率(SKOP)需求的桥梁。首先,将QBER建模为加性高斯白噪声(AWGN)信道的传输误比特率(TBER),进而将QBER优势转化为AWGN信道优势;然后,利用高斯近似计算出各极化子信道的传输错误概率,并进一步推导出安全极化码的译码误比特率上下界;最后,根据密钥中断概率阈值利用遗传算法构造出合适的安全极化码实现密钥协商。仿真结果表明,该文所提的密钥协商方法能够满足设计的密钥中断概率需求,且具有比低密度奇偶校验(LDPC)码更高的密钥协商效率。     

无线信道中的Polar码协商

近年来,无线通信物理层安全逐渐成为一个研究热点,而密钥协商是物理层密码技术的关键部分。针对无线信道特征密钥提取技术中获得的信道特征不完全一致的问题,论文提出了一种基于Polar码的逆向密钥协商方案。合法用户(Alice和Bob)分别通过信道估计获得自已的原始密钥,然后Bob对原始密钥进行Polar码逆编码,并将冻结位信息传输给Alice。在冻结位及其位置信息的基础上,Alice进行Polar码译码后,再通过Polar的编码,获得与Bob一致的密钥序列。仿真结果表明基于Polar码的密钥协商协议,密钥的一致性得到显著提升,且与同等条件下的基于低密度奇偶校验码协商协议相比,可获得更高的纠错成功率。      

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。     

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。     

面向物理层安全的一种打孔极化编码方法

为了解决物理层安全编码中安全性和可靠性之间的矛盾和提高保密速率,该文提出一种基于打孔极化码的安全编码方法。根据信道极化理论,该方法将私密信息位映射到合法者正常接收而窃听者无法译码的特定逻辑信道输入位,保证私密信息可靠且安全传输。然后,通过分析极化码的校验关系树,利用3个参数表征输出节点对私密信息位的影响,再按照影响程度大小确定打孔位置。理论分析与仿真结果表明,该方法保证私密信息传输安全性和可靠性的同时,提高了私密信息传输的有效性。     

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。     

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MP-WFRFT的物理层保密增强安全方案

针对战场无线网络全域开放性、广播特性以及实时移动性等特征带来的通信系统安全隐患,为保障战场网络内消息的安全有效传输,本文通过对物理层信号的安全分析研究,结合变换域通信手段与经典加密方法,在信道共享密钥的基础上提出了一种基于MP-WFRFT的保密增强安全方案。通过建立物理层安全加密模型,给出了信道探测与共享密钥生成方法,在扰乱星座方案加持下利用MP-WFRFT多加密参数的混合载波调制对传输信号星座进行扰乱处理。仿真分析表明,本方案能够提升战场无线网络内信号的星座熵,并且在系统误码率性能上相较以往方案存在大幅度提升,为战场无线网络整体性能提升提供了一种新型方案。      

基于放大转发的双向中继信道密钥生成

根据基于放大转发的双向中继信道的特性,该文利用时分系统无线多径信道的互易性和卷积运算的交换律提取密钥,使得密钥可以在信道估计时生成,而无需预先进行分配。由于信道的稀疏多径特性,采用基于压缩感知的重构算法对信道状态信息进行估计,提出了基于多径相对幅度和基于多径相对相位的密钥生成方案进行密钥的生成,并与基于多径相对时延的密钥生成方案进行了比较。仿真结果表明,3种方案均可以达到较高的密钥生成一致性,解决了第三方窃听的问题,保证了物理层通信的安全。     

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。     

一种基于Savitzky-olay滤波的物理层密钥生成方法

物理层密钥生成技术使得节点能够利用无线信道的物理特性直接生成共享密钥,从而保证无线通信过程的安全性。针对当前物理层密钥生成方案普遍存在实际场景下密钥生成率低的问题,提出了一个基于Savitzky-olay滤波的物理层密钥生成机制优化方案。该方案中,合法通信节点首先探测信道并通过Savitzky-olay滤波消除部分由信道干扰造成的信道状态差异,然后,利用多级量化以及格雷码将信道状态转为比特序列,最终通过Cascade交互式信息协调协议以及基于2阶全域哈希函数的保密增强生成合法节点之间的共享密钥。实验结果表明,基于Savitzky-olay滤波的优化方案能够有效提高物理层密钥生成过程的效率,提高了此类安全机制的实际可用性。     

双向中继稀疏多径信道密钥生成与分发

本文利用时分系统无线多径信道的互易性,提取信道相位信息作为密钥,实现双向中继信道的密钥生成与分发。由于信道的稀疏多径特性,采用基于压缩感知的重构算法对信道状态信息进行估计。端节点采用正交导频设计,将双向中继信道分解为两个点对点的信道;而中继采用物理层网络编码的思想,广播导频和密钥比特的异或。这样,仅用2个时隙就实现了密钥生成与分发,还保证了密钥的安全,且无需预先进行密钥的分配。仿真结果表明,本文所提方案可以有效的实现双向中继信道的密钥生成与分发,保证了物理层的安全通信。      

基于MIMO-OFDM的5G通信跨层安全传输技术研究

在对5G通信跨层安全传输技术进行研究的过程中,将MIMO-OFDM应用于5G通信跨层安全传输技术中,提出一种基于MIMO-OFDM的5G通信跨层安全传输技术。首先对5G通信系统的认证模型进行构建,以通过物理层对5G通信网络进行安全认证。基于MIMO-OFDM系统制订5G通信跨层安全传输方案,方案包括两个方向,一个方向是加密发射端,另一个方向是解密接收端,以实现5G通信跨层安全传输。通过对比实验验证该技术的接收者误码率低于现有技术,实现了性能提升。     

多跳协同中继网络下物理层安全传输方案

针对多跳中继传输系统的信息安全传输问题,提出了一种基于全双工模式下多节点协作干扰(FD-MCJ)的物理层安全传输方案。该方案利用通信网络中的中继节点发送干扰信号恶化窃听节点的接收性能,同时中继节点根据信道状态信息(Channel State Information, CSI)自适应的选择两种情况下的安全传输方案。本文首先利用泊松点过程对窃听节点位置进行安全建模;然后,根据CSI可用程度,给出不同的安全传输具体方案,在考虑系统的跳数、天线间自干扰以及发射功率和干扰功率等因素下,推导FD-MCJ方案下系统保密中断概率的闭式解;最后,数值分析和蒙特卡洛仿真表明,理论推导的正确性以及多跳中继系统中采用全双工多节点协作干扰方案能够有效提升系统安全性能。      

太赫兹通信物理层安全技术发展研究

在太赫兹通信技术快速发展的背景下,建筑遮挡、恶劣天气等原因导致的复杂、弥散信道对通信安全性、可靠性提出新的挑战。太赫兹通信的保密属性在通信网络的广域性下隐含泄露、窃听等风险,研究现有的加密和防窃听手段在太赫兹通信中的可行性,推动物理层安全技术的创新与应用,实现信息的稳定安全传输,成为具备研究价值的热点问题。本文从安全通信角度出发,分析部分现有物理层加密与防窃听方法,总结其在太赫兹通信领域中的融合应用与效果,并对其未来发展趋势进行展望。     

不对称速率传输中网络编码与信道编码的联合设计

本文针对双向中继信道中不对称速率传输的情况进行了研究。在实际双向中继信道的通信传输中,由于信道质量,发射功率,业务需求等条件的不对称,双向信道的传输速率往往也是不对称的。本文提出了一种称为子集编码的方案,将调制、物理层网络编码、信道编码联合起来设计,使得较差信道的信道编码码字为较好信道的子集,这样中继节点可以利用信道编码的线性性质对接收到的叠加信号直接进行译码,从而使译码复杂度降低50%;同时,较好信道使用高阶调制,较差信道使用低阶调制,利用较好信道提高了系统的传输速率。仿真结果表明,与对称速率传输相比,本文提出的方案在提高系统有效性的同时,又保证了系统的可靠性。