基于無線信道特征的物理層安全研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，無線通信逐漸呈現(xiàn)寬帶化、移動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，其相關(guān)應(yīng)用也已深入到人們的日常生活中。然而，無線通信的開放性、靈活性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)使其極易遭受攻擊。同時(shí)，隨著用戶數(shù)量的增加、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)安全機(jī)制密鑰管理困難、抗攻擊能力低等缺陷日益凸顯，已無法滿足實(shí)際的安全需求。
　　無線物理層安全作為一種保障無線通信安全、實(shí)現(xiàn)理論安全的新方法，已成為信息安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。它從信息論角度出發(fā)，以無線信道的唯一

2、性、互易性、時(shí)變性、不可預(yù)測(cè)性為理論依據(jù)，將無線信道作為隨機(jī)源，利用其傳播特征生成密鑰，從而在物理層解決無線通信中的安全問題。這種方法使得異地的通信雙方能同時(shí)、獨(dú)立生成相同的密鑰，即可在無密鑰分配的情況下實(shí)現(xiàn)密鑰共享，避免了密鑰的傳輸，有著廣泛的應(yīng)用前景。本文重點(diǎn)研究了寬帶OFDM系統(tǒng)中基于無線信道特征的密鑰生成技術(shù)，包括信道特征提取以及密鑰生成算法，主要工作如下:
　　1.針對(duì)寬帶信號(hào)高采樣接收問題，本文設(shè)計(jì)了四通道調(diào)制型混合濾

3、波器組結(jié)構(gòu)的高速ADC系統(tǒng)，使采樣速率降低了4倍，并將其應(yīng)用于寬帶OFDM系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了寬帶信號(hào)的多通道聯(lián)合接收。在此基礎(chǔ)上，研究了OFDM信號(hào)中無線信道特征的提取方法，提取各子載波上的信道頻域響應(yīng)的幅度值作為信道特征。結(jié)果表明通信雙方獲得的信道特征具有極高的相似性，其互相關(guān)系數(shù)約為0.99，為后續(xù)成功生成一致的密鑰提供了保障。
　　2.針對(duì)通信雙方提取的信道特征間存在的差異，提出了基于小波重構(gòu)的信道特征預(yù)處理方法，以進(jìn)一步提高其互

4、易性。該方法利用sym8小波對(duì)信道特征進(jìn)行3層分解，將相應(yīng)的高頻系數(shù)處理后再重構(gòu)信道特征，有效減小了噪聲的影響，預(yù)處理后通信雙方信道特征的差異減小了20％，使得密鑰生成過程中誤比特率降低了約41％。
　　3.為保證生成密鑰的隨機(jī)性，對(duì)已有的雙門限量化方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了以中位數(shù)為基準(zhǔn)的量化門限計(jì)算方法。用該方法求得的雙門限對(duì)預(yù)處理后的信道特征進(jìn)行量化，保證了初始密鑰序列中‘0’、‘1’占比大致相等，使其通過了頻數(shù)檢測(cè)。