无线通信物理层安全技术综述

无线通信因其天然的开放性和广播性特点,总是受到窃听等安全威胁,窃听者极易通过无线信道进行非法接收。传统的安全手段多是依靠认证和密码技术,在无线通信系统上层来实施,而与物理层相对独立。近年来,以物理层的角度研究无线通信的安全性逐渐成为一个研究热点。无线通信物理层安全技术,作为传统安全体制的重要补充,能够对无线传输过程中的信息形成有力保护,有效阻止窃听者通过非法接收获取信息。对无线通信物理层安全技术进行综述,对信息理论安全原理、发射信号方式安全技术、扩频和跳频加密技术、信道编码加密技术、调制方式加密技术等几类具有代表性的物理层安全技术进行介绍和梳理,重申其重要作用和意义,最后对跨层安全设计以及动态目标防御做出展望。     

无线物理层认证技术：昨天、今天和明天

提出了物理层认证技术的未来研究方向,具体包括基于信号内生特征的无线物理层认证技术,面向5G的安全、可靠、低时延无线物理层认证协议设计,以及面向6G的无线物理层认证体系设计。物理层认证技术为无线网络中信息认证提供了灵活的安全保障。未来无线空口技术、网络架构和业务场景的新特性,使得现有研究难以为未来无线认证提供全方位的安全防护,而研发新型无线物理层认证技术在诸多方面存在挑战。     

5G通信背景下物理层安全技术研究

在通信安全发展的过程中,5G技术的诞生使通信安全的要求更加严格。物理层安全技术便是一种能够实现将安全与通信融为一体的关键技术,亦可认为物理层的安全技术是无线安全的革命性技术。物理层安全技术的本质在于可以有效地利用无线通信的特性,也就是无线通信的内生安全机制,做到"一次一密"的安全性传输。因此,针对5G通信背景下的物理层安全技术,本文将展开研究,首先分析5G通信的基本安全需求,再简要讨论物理层安全技术的具体内容,而后说明物理层加密传输技术中的密钥生成技术与物理层加密技术,希望可以有效加强通讯系统物理层的安全性能。     

基于无线Mesh网络跨层协议研究

介绍无线Mesh网络的基本概念和特点,基于Mesh网络的相关MAC协议和路由协议,从物理层、MAC层、路由协议层等层面介绍WMN跨层设计的一般原则和方法,对WMN的跨层设计方法和方案进行了阐述,对目前Mesh网络中的传统OSI分层结构参考模型存在的问题进行了分析,提出需要进一步研究的问题。     

无线中继网络中的物理层网络编码

针对无线中继网络中物理层网络编码技术的应用,分析验证了其所带来可观的吞吐量性能提升。总结了当前物理层网络编码技术的相关研究方向,归纳了通信理论研究、信息理论研究和网络理论研究三个方面。介绍了物理层网络编码的关键技术,对物理层网络编码技术在实际信道条件下的性能分析及改进、采用高阶调制时的检测模糊及改进、基于嵌套格码的计算-转发策略和结合缓冲中继协议设计进行了深入探讨。以期放宽物理层网络编码对信道模型的限制,拓展其适用条件,同时在保障通信过程可靠性的前提下充分发挥该技术对通信有效性的提升,从而推进物理层网络编码技术在实际无线中继通信系统中的应用。     

5G物理层安全技术——以通信促安全

作为无线安全的颠覆性革命技术,物理层安全技术是实现安全与通信一体化的关键手段。物理层安全技术的本质是利用无线信道特性的内生安全机制,为"一次一密"提供一种可行思路。源于通信能力的提升,无线物理层安全在5G高速率数据传输加密、5G鉴权认证、增强型移动宽带(eMBB)场景信令、业务数据完整性保护和5G物联网场景轻量级加密等方面有着重要的应用前景。为了进一步实现物理层安全在5G中的应用,还提出了一种可行的物理层安全5G工程实现框架。     

无线通信物理层安全防护设计与性能分析

目前无线通信系统主要在物理层之上部署安全防护措施，开放的无线信道使通信系统面临着易被攻击、干扰和截获等安全威胁。物理层安全技术是一种解决无线空口安全传输问题的有效途径。首先阐述了物理层安全技术的内涵和发展现状，其次提出了一种物理层安全传输系统模型，最后在该模型上完成了部分关键技术工程验证、通信性能试验、低检测能力测试和安全性评估。试验结果表明，物理层安全技术能够有效提高无线通信系统的安全防护能力。     

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。     

基于超宽带的无线传感器网络研究与应用分析

无线传感器网络的广泛应用对其物理层性能提出了更高的要求,UWB技术由于低功耗、定位精度高等特点成为无线传感器网络体系结构设计中物理层的候选协议。本文介绍了UWB应用于无线传感器网络物理层的研究与应用现状。     

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。     

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。     

基于SCA无线通信系统的安全体系结构研究

采用软件无线电技术和模块化设计思路,构造新一代的无线通信系统,是无线通信发展的趋势。介绍了软件通信体系结构(SCA)的无线通信系统,描述了基于SCA无线通信系统的安全体系结构,详细分析了加密子系统、信息安全子系统和设备安全子系统。这样定义的安全体系结构保证了基于SCA无线通信系统实现不同的安全模式,提供不同的安全级别。     

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。     

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。     

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。     

卫星通信物理层安全技术研究展望

物理层安全技术为通信信息安全研究开辟了新的途径。论述了卫星通信物理层安全技术应用的可行性,分析了现有物理层安全技术及其应用于卫星通信的潜在问题,提出了卫星通信物理层安全可研究方向,及基于单星平台、星座平台、天基平台通信系统条件下的关键技术,展望了卫星通信物理层安全技术的发展前景。