基于相位响应独立性的衰落信道加密方法

现有的密钥加密方法无法保证密钥分发的安全性。针对上述问题,提出了一种基于信道相位响应独立性的衰落信道加密方法。通过将发送方和窃听方之间的信道化为两个信道的级联计算得出密钥各态历经的安全容量,在此基础上,对离散PSK信源加密的参数进行了讨论,最终实现信息的加密。仿真结果表明,当合法接收方的接收信号相位估计误差为0．001时,误码率会迅速上升为0．5。     

无线平坦衰落信道的密钥生成速率研究

针对传统窃听信道模型中假定合法信道完全互易、窃听方只处理合法双方一方信号的问题,对传统的窃听信道模型进行了改进.一方面引入相关系数ρ0来刻画合法信道的互易程度,另一方面考虑窃听方能够获取并利用合法双方的信息.在此基础上,推导得到了密钥生成速率的解析表达式,并对影响密钥生成速率的因素进行了仿真分析.仿真结果表明,密钥生成速率随合法信道的相关系数ρ0、信噪比γ的增大而增大,随合法信道与窃听信道之间的相关系数ρ1、ρ2的增大而减小.     

不同环境下无线信道密钥生成性能研究

在无线通信物理层安全的研究中,通信双方的信道具有很好的短时互易性,可以从无线信道中提取出相似的信道特征并生成一致的密钥.该技术可以利用无线信道天然的随机性为无线通信系统实时的分配对称密钥.本文利用通用软件无线电平台(USRP)设计并实现了实时的无线信道密钥生成系统.基于设计的无线密钥生成系统,本文在室内房间、室内走廊、空旷室外三种不同场景中的终端固定、终端移动以及人员走动三种不同信道环境下长时间测量了无线信道并生成了密钥.通过分析合法通信双方和窃听者信道状态信息(CSI)的互易性、CSI信息泄露率、CSI随机性、密钥随机性四个指标,详细分析了不同场景及环境下无线信道密钥生成技术的安全性与可靠性.通过实验表明,空旷室外信道随机性最高,室内走廊随机性其次,室内房间随机性最低.此外,周围环境变化愈快,信道随机性愈高.通过选择合适的密钥生成参数,都可以在不同的场景及环境下生成满足随机性要求的密钥.     

基于侧边协作系统的物理层密钥生成方案

传统侧边协作系统下用于生成密钥的信道特征值是协作信道与直接信道的乘积,这种方案的密钥生成速率较低。为提高密钥生成速率,提出利用两个独立信道的信道特征之和来生成密钥。在前两个时隙,合法通信双方通过信道探测,获得其直接信道的信道状态信息。在后两个时隙,合法双方分别获得各自与协作信道之间的信道状态信息。最后利用直接信道与协作信道的和作为随机密钥源。基于侧边协作系统,分两种情况介绍该方案：单个侧边协作节点,单个双向协作节点。仿真结果表明,该方案可以获得更高的密钥生成速率,并且随着SNR的增加,该方案泄露的信息量趋向于一个常数。     

非完美信道估计条件下多比特量化无线密钥生成性能分析

针对无线密钥生成过程中的信道估计误差导致信道测量参数互易性差,严重影响通信双方生成密钥一致性的问题,提出了非完美信道估计条件下多比特量化无线密钥生成方案。首先,建立信道估计误差模型,研究非完美信道估计对无线密钥生成的影响,然后设计添加保护带的多比特密钥量化器,通过优化量化参数改善无线密钥性能。推导得到了密钥不一致率（KDR）和有效密钥速率（EKGR）的闭式表达结果,并揭示了导频信号功率、量化阶数和保护带与以上两个密钥性能指标的关系。仿真结果表明：增大发送导频功率可以有效降低密钥不一致率,提高量化阶数可以提升密钥生成速率但KDR也随之升高,增大量化阶数同时选择合适的保护带大小可以有效降低KDR。     

基于细粒度极化的隐蔽密钥分发方案

针对现有密钥分发协议在水声信道环境下的信息泄露问题，提出了一种基于细粒度极化的隐蔽密钥分发（Covert Secret-key distribution based on Fine-grained Polarization,CSFP）方案.首先，采用一致最大功效检验方法建立敌手模型，并给出隐蔽密钥分发方案的形式化定义.考虑到水声信道的非对称性和衰落效应，根据注水原理推导出信息传输速率达到香农极限时最优码字符号分布对应的带宽以及信道容量，并利用莱布尼兹积分法则和黎曼积分的保号性推导出信道容量与信道增益的函数关系，通过计算水声信道增益对极化子信道的容量进行排序实现极化码的码字构造，确保信息传输速率达到香农极限.其次，对信息比特索引集合进行细粒度极化，采用链式结构将多个消息块依次链接实现信息比特索引序列的对齐，设计出多轮通信下隐蔽密钥分发的编码和解码算法，利用合法发送方和接收方共享的随机种子对首轮传输的消息块进行初始化，并从当前生成的密钥中提取出随机种子对后续消息块进行随机化，确保密钥分发过程的隐蔽性.最后，通过信息理论证明了CSFP方案的可靠性、随机性、保密性和隐蔽性，利用最大熵原理推导出...     

基于无线信道特征的密钥生成与提取研究

基于无线物理层信道特征参数构建密钥是依据无线信道衰落和噪声的客观存在,利用通信双方共享信道的时变性、互易性及唯一性,在评估彼此高度相关的信道参数的基础上协商提取密钥的一种物理层安全"一次一密"解决方案,具有无条件安全的属性。由于这方面的研究在现实应用中既可避免现行"四次握手"导致的安全漏洞,又摆脱了预分发密钥机制的限制,从而成为了无线网络安全领域的热点之一。对此领域的理论基础进行了分析,对物理层信道特征密钥生成和密钥提取这两个关键技术问题的研究现状进行了梳理,并按照评价指标探讨了现有方案存在的一些问题。最后,讨论了下一步研究的重点。     

无线信道中的密钥进化与加密

无线网络可以利用物理层的信道噪声来增强系统的安全性能。通常物理层安全协议针对特定无线信道的噪声特性进行设计,并假设窃听者的信道特性已知,但在实际中该假设是不可行的。针对无线信道的安全通信问题,提出了密钥进化协议,设计了基于动态秘密的加密机制,使合法用户的密钥随传输数据流不断进化,而不用假设敌手的信道特征已知。如果合法用户之间存在认证信道,即使敌手的信道相比合法用户的信道具有优势,合法用户之间也能建立安全的会话密钥。最后,提出了k容忍加密机制(k-resistance encryption scheme,k-RES),该机制能够容忍加密密钥和解密密钥之间最多k比特的差异。     

物理层安全专栏序言(中英文)

物理层安全技术特别是无线物理层安全技术,利用通信系统物理层的信息为通信提供安全保护,在网络安全、电子对抗中有着广泛的应用.它利设备指纹对设备身份进行识别,进而实施接入控制;利用信道特征为通信双方建立对称密钥,进而保护传输数据的安全;或者通过加大合法信道与窃听信道的差异,使得敌手的窃听变得更加困难.     

无线通信中基于量化隔离带的新型相位密钥生成方法

针对无线通信中利用物理层属性进行加密存在的密钥不一致以及密钥生成速率不高的问题,给出了一种基于信道量化隔离带的相位密钥生成新方法.利用相位均匀分布的属性,产生的密钥具有良好的随机性及均匀分布特性.利用信道量化隔离带的方法,在量化边界处设立隔离带,对产生误判概率较大的接收值进行删除,有效提高了生成的密钥一致性.仿真结果表明,该方法在提高密钥生成速率的同时确保了生成的密钥的准确性.     

基于TCM的慢衰落信道密钥协商方法

当信道变化较慢时,无法利用无线信道的时变冗余特性实现密钥协商。针对上述问题,给出了一种基于网格编码调制(TCM)的慢衰落信道密钥协商方法。对随机生成的密钥序列进行TCM编码得到带有冗余的密钥信息,并利用两端的保密序列分别对密钥信息进行隐藏与恢复,同时利用密钥信息中的冗余纠正两端的保密序列不一致引起的恢复误差,最终获得一致的密钥序列。仿真结果表明,在比特率为10-4时,该方法比现有方法有将近5 d B的增益。     

基于接收信号的多用户密钥生成方案

基于信道特征生成密钥的方案为通信安全带来了新思路。但在多用户慢衰落条件下,基于信道特征的密钥生成方案由于参数变化慢,导致密钥更新慢。针对此问题,提出了基于接收信号的多用户密钥生成方案,即通过块对角化预编码实现多个随机信号流的分发,使基站与用户能够从用户接收信号中提取密钥。仿真结果表明,提出的基于接收信号的多用户密钥生成方案能够有效提高多用户在准静态及慢衰落条件下的密钥速率。     

基于成对生成策略的无线网络群密钥产生及其分析

使用无线信道的物理层信息在无线设备间生成私密密钥用于确保移动环境的安全, 如今受到了广泛关注。然而在现实环境中,在多个设备之间生成群密钥以确保群安全通信的问题仍然存在挑战。针对无线网络星型拓扑结构,提出一种基于中心节点成对生成策略的群密钥产生方案。相比于文献中提出的利用群内节点间的接收信号强度差分实现提取群密钥的方案,详细分析了它们各自能实现的群密钥容量并给出了数值计算结果。分析表明,提出的基于成对生成策略的群密钥产生方法在密钥率方面优于文献中的差分提取方案。     

基于设备与信道特征的物理层安全方法

接入安全与数据保密是无线网络安全性和保密性的两个最重要的因素.然而,基于计算安全的身份认证及保密通信方法在未来信息化系统中面临巨大挑战.与此同时,基于信息论安全的物理层安全为身份认证和保密通信开辟了新的思路.本文综述了近年来基于设备与信道特征的物理层安全方法的研究进展.利用无线通信设备、信道的特性可以从物理层实现设备身份的识别与认证以及密钥的分发与更新,同时具备高度安全性与使用便捷性.其中,设备指纹方法从发射信号中提取发送设备的特征,作为设备身份的唯一标识,从而准确识别不同发射源个体.指纹的唯一性、鲁棒性、长时不变性、独立性、统一性和可移植性是设备指纹身份认证的依据.而基于信道特征的密钥生成方法则从接收射频信号中提取互易的上下行信道的参数,转化为对称密钥,实现一次一密的安全传输.同样地,密钥的一致性、随机性、防窃听性则是反映无线信道密钥生成方法性能的关键要素.本文对设备指纹与信道密钥的关键要素归纳分析,并指出目前存在的几类难点问题.最后,本文讨论了在未来移动通信中该技术新的应用场景.     

密钥提取中相干干扰抵消原理及应用研究

在无线通信利用物理层属性进行加密中,当通信双方受到噪声和干扰的影响时,导致双方对信道估计存在较大误差,进而提取的密钥存在较大的不一致。文中提出了一种基于两时隙双天线相干干扰抵消方法,将接收阵元数降到最低,并有效地降低了计算的复杂度。通过人为制造信号重发,使两时隙期望信号相同,而干扰不同。同时利用信号和干扰不相关原理,进行干扰消除。MATLAB实验及仿真结果表明,该方法可以有效地消除干扰信号,提高生成密钥的一致性。     

双场量子密钥分发协议的相位离散化分析

双场量子密钥分发协议（TF-QKD）的提出,突破性地将密钥速率改善为与信道透过率的平方根相关,可以在没有量子中继器的情况下克服密钥速率容量界。在传统的TF-QKD协议中,需要相干光源所添加的随机相位是连续的。然而在现实条件中,这样的假设经常无法满足,由此会降低协议的实际安全性。针对此问题提出了一种在测试模式和编码模式下具有随机相位离散化特征的TF-QKD协议,并使用了离散随机相位情况下的诱骗态方法进行分析。仿真结果表明,只需要少量的离散相位,随机相位离散化TF-QKD协议的密钥速率也可以超过密钥速率容量界,从而为TF-QKD协议的实际应用提供参考。     

无条件安全密钥协商中认证问题的研究

无条件安全密钥协商一般包括初始化,通信和决策三个阶段,该文基于纠错码理论提出了一个认证方案。该方案利用通信双方在初始阶段所获得的相关信息对通信阶段的通信内容进行认证,如果初始阶段中通信双方及敌手所获得的初始信息是由一个二元对称信源通过二元对称信道广播所得到的,该研究结果认为在敌手的信道比通信双方的信道都差的条件下,总能够找到一种（Ｎ,Ｋ,ｄ）线性码来实现作者所提出的认证方案,并使得收方接受合法消息     

关于802.11g上行链路信号解析过程的研究

本文以802.11g下行发射信号为数据源,在接收端对经编码、交织、调制、OFDM等处理的下行发射信号进行接收处理。应用延时相关算法确定接收信号的帧起始位置;计算短前导的相位信息对长前导序列进行相位补偿;继而根据导频信号和信道估计算法估计信道的频率响应和相位响应。自此,不但可以确定数据域信号的起始位置,还可以根据信道特性解析数据域信号,实现数据发射端信号的可靠接收。     

基于信道状态特征的手势动作识别技术研究

手势识别作为人和机器之间重要的交互手段,在日常生活中具有广泛的应用场景。基于无线信号特别是WiFi的手势识别由于其无接触、成本低等优点成为当前热门的方式。为解决传统基于无线信号手势识别算法没有充分利用信号相位特征的缺点,本文提出利用WiFi信道状态信息幅值和相位结合的方式进行手势识别。通过子载波降维和动作曲线提取对接收的WiFi信号进行处理,并将信号的幅值和相位结合,利用机器学习算法对数据进行训练和分类,实现了单手向前、单手向后、单手向左、单手向右、单手向上和单手向下六种手势的识别。实验结果显示,本文算法在近距离和远距离下的精确度分别为96%和92%。     

基于多比特自适应量化方案的相位密钥生成方法

本文利用时分系统无线信道的互易性,对两个节点之间的信道相位进行测量从而提取密钥比特,使得可以在信道估计时获得密钥,无需进行预分配。本文提出了一种多比特自适应量化方案,将信道测量值量化成多个比特,并给出了密钥一致性概率理论推导。仿真结果表明,方案可以达到较高的密钥生成一致率,并具有一定的抗干扰能力。