无线通信物理层安全方法综述_胡爱群.pdf

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1、DOI:10.16337/j.1004-9037.2014.03.005第２９卷第３期数据采集与处理Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．３２０１４年５月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＭａｙ２０１４文章编号：１００４－９０３７（２０１４）０３－０３４１－１０无线通信物理层安全方法综述胡爱群李古月（东南大学信息科学与工程学院，南京，２１００９６）摘要：随着无线终端数目的急剧增加以及无线网络的开放性，无线通信的安全问题面临着严重的挑战。与传统加密方法不同，无线通信物理层安全方法从信息论的角度出发，旨在实现无条件安全。本文回顾了Ｓｈａｎｎｏｎ建立的无线

2、通信物理层安全模型，并着重回顾了由Ｗｙｎｅｒ引导的无密钥安全和由Ｍａｕｒｅｒ引导的基于无线信道密钥的两大物理层安全分支的发展。其中前者通过波束形成或人工噪声的方法增加合法信道和窃听信道之间的差距；后者则利用无线信道的特性，将其作为产生密钥的天然随机源。在第五代移动通信方式下，物理层安全可以实现轻量级的加解密技术，解决传统加解密延时过长的问题。然而虽然物理层安全的理论研究已日趋成熟，该领域在实际应用中仍有很多问题亟待解决。关键词：无线保密通信；移动信道；时分多址；人工复用；密钥生成中图分类号：ＴＮ９１８．８２文献标识码：ＡＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒＳｅｃｕｒｉｔｙｉｎＷｉ

3、ｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：ＳｕｒｖｅｙＨｕＡｉｑｕｎ，ＬｉＧｕｙｕｅ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００９６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｔｈｅｏｐｅｎｎｅｓｓｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａ－ｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍｂｅｃｏｍｅｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｓｅｒｉｏｕｓａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｒａｄｉｔｉｏ

4、ｎａｌｋｅｙ－ｂａｓｅｄｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙｓｃｈｅｍｅｓ，ｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒｓｅｃｕｒｉｔｙｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｒｅａｌ－ｉｚｅｕｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌｓｅｃｕｒｉｔｙｆｒｏｍｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒｓｅｃｕｒｉｔｙｂｕｉｌｔｂｙＳｈａｎｎｏｎａｎｄｔｒａｃｋｓｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｓｅｃｕｒｉｔｙｓｃｈｅｍｅｓｗｉｔｈｏｕｔｋｅｙｌｅａｄｅｄｂｙＷｙｎｅｒａｎｄｓｅｃｒｅｔｋｅｙ－ｂａｓｅｄｓｅｃ

5、ｒｅｃｙｓｃｈｅｍｅｓｌｅａｄｅｄｂｙＭａｕｒｅｒ．Ａｍｏｎｇｔｈｅｍ，ｔｈｅｆｏｒｍｅｒａｉｍｓａｔｗｉｄｅｎｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｑｕａｌｉｔｙｇａｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｕｔｈｏｒｉｚｅｄｕｓｅｒａｎｄｔｈｅｅａｖｅｓｄｒｏｐｐｅｒ；ｗｈｉｌｅｔｈｅｌａｔｔｅｒｕｓｉｎｇｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｃｈａｎｎｅｌａｓａｎａｔｕｒｅｒａｎｄｏｍｓｏｕｒｃｅｅｘ－ｐｌｏｉｔｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｉｎｔｈｅｃｏｍｉｎｇｆｉｆｔｈｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ，ｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒｓｅｃｕｒｉ

6、ｔｙｃａｎｍａｔｃｈｉｔｗｉｔｈａｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｅｃｕｒｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｈｉｃｈａ－ｖｏｉｄｓｔｈｅｌｏｎｇｄｅｌａｙｉｎｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ．Ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒｓｅｃｕｒｉｔｙｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｍａｔｕｒｉｔｙ，ｔｈｅｙｓｔｉｌｌｆａｃｅｍａｎｙｐｒａｃｔｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｍｏｂｉｌｅｃｈａｎｎｅｌ；ｔｉｍｅｄｉｖｉｓ

7、ｉｏｎｄｕｐｌｅｘ；ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｎｏｉｓｅ；ｋｅｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ着无线网络用户的急剧增加以及无线网络应用范引言围的不断增大，人们对无线通信的安全性深感忧虑。而无线通信系统中传输媒介的开放性、无线终随着科技的发展，无线通信设备急剧增加，各端的移动性和网络结构的不稳定性也使得传输的种新型的无线通信网络也正在逐步走向成熟。随可靠性和安全性面临着严峻的考验。传统安全方基金项目：国家重点基础研究发展计划（“九七三”计划）（２０１３ＣＢ３３８００３）资助项目；欧盟第七框架国际合作项目“环境友好的物联网可靠性及安全性研究”资助项目。收稿日