无线通信物理层安全技术研究

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1、技术研究2012年第06期doi：10.3969/j.issn.1671-1122.2012.06.022无线通信物理层安全技术研究杨斌（西安交通大学智能网络与网络安全教育部重点实验室，陕西西安710049）摘　要：无线通信天然的多径时变的特性，为其在物理层进行保密传输提供了可能性。文章分析了物理层安全技术的技术背景和研究现状，对于其理论基础，以及关键技术进行了重点的介绍，并对比分析了其中的一些技术方案。近年来，物理层安全技术已经逐步成为研究的热点，在编码技术，协作干扰，密钥产生等研究方向上已经有了相当程度的进展，正在逐步从理论走向应用。关键词：物理层安全；窃听信道；无线通信中图分类号：TP

2、393.08文献标识码：A文章编号：1671-1122（2012）06-0076-04PhysicalLayerSecurityinWirelessCommunicationYANGBin(MinistryofEducation(MOE)KeyLabforIntelligentNetworksandNetworkSecuritySchoolofElectronicsandInformationEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’anShanxi710049China)Abstract:Securityisoneofthekeyissuesinwire

3、lesscommunication.Itiscriticaltosendconfidentialdatatolegitimateuserratherthanintrudersinanopenspace.Inrecentyears,physicallayersecurityattractsmuchresearchinterest.Thisarticleoffersatutorialonseveralnewmethodstoensuresecurityatphysicallayerinwirelesscommunication.Theintroductionincludesseveralaspec

4、ts,fromthetheoreticalbaseofthephysicallayersecurity,securecodedesign,cooperativejamming,tosecretkeygeneration,andcomparingofthedifferenttechniques.Finallywemakeaviewonthefutureworksinthisarea.Keywords:physicallayersecurity;wiretapchannel;wirelesscommunication0引言无线通信是天然的广播信道，安全性从其诞生的时候就成为工程技术人员必须面对的

5、问题。安全性包含两方面的要求，一是不能影响到合法用户的接收，也就是确保合法用户通讯的可靠性，二是不能让窃听者得到任何有用信息，也就是确保窃听者的不可知性。有线通讯由于其线路资源的限制，可以一定程度上提高窃听者窃听的难度，对于保密性的要求没有无线通讯那么高。然而，无线通讯几乎无法阻止非法用户的监听，所以，这方面问题的解决显得格外重要。传统的保密通讯主要是以密码学为基础的相关加密技术，即让窃听者即使得到了与合法用户一样的电文，也由于不知道密钥而无法获知电文中的信息。由于密钥总是有限的，这种加密技术实际上可以通过试验和猜测的办法进行解密，只是通常试验的运算量实在太大，使得解密就变得不大可能了。所以

6、，传统的加密方式主要是建立在计算量的基础上的。但是，这种基础并不牢靠，随着计算机技术的发展，计算机的运算能力飞速提升，这种加密技术就变得更安全了，而且这种保密技术主要应用于通讯的网络层及以上各层，没有充分利用无线通信物理层的特性。随着今年来对于无线信道的研究的深入，以及各种新技术的发展，无线通讯的物理层资源得到了充分的应用。这些丰富的物理层特性和资源，同时也为安全传输开辟了道路。人们可以利用合法信道特性的唯一性以及互易性，来实现加密信息，产生密码，辨识合法用户等特性，这些特性很难被窃听用户猜到或者破解，这样窃听用户就无法获得和合法用户一样的信息，增强了传输的安全性。物理层安全技术是作为上层安

7、全的补充出现的，它可以极大地增强整个系统的保密安全性能。无线通讯物理层安全技术的基本发展思路有两个方向，一是以窃听信道模型为基础的加密方式，其主要思想是如果主信道比窃听信道的可靠性更好的话，就可以确保在一定码率上可靠通讯，这是无线物理层安全技术的主要研究思路。从这个思路上，就自然的需要研究保密编码的实现，以及如何产生主信道和窃听信道之间的可靠性差异（协作加扰）。另外一个方向是应用和结合传统的加密思想，利用无线