基于信道信息的無(wú)線通信接入認(rèn)證技術(shù)研究.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，微型終端設(shè)備在蜂窩網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等資源受限環(huán)境中得到廣泛的使用，需要低功耗、低成本、達(dá)到安全需求的加解密、實(shí)體認(rèn)證、惡意或失效節(jié)點(diǎn)鑒別等安全措施。由于計(jì)算和存儲(chǔ)資源緊張，微型終端設(shè)備面臨傳統(tǒng)安全技術(shù)不適用的問(wèn)題，難以支持經(jīng)典密碼算法，而基于經(jīng)典密碼的認(rèn)證算法比加密算法具有更高的計(jì)算復(fù)雜度。尤其在未來(lái)5G通信中提出了密集節(jié)點(diǎn)應(yīng)用、低時(shí)延和高安全接入的需要，當(dāng)節(jié)點(diǎn)眾多時(shí)，難以保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有獨(dú)立的公鑰證書(shū)

2、，這使得基于密碼的認(rèn)證算法和協(xié)議不適用未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等資源受限的應(yīng)用場(chǎng)景。
　　物理層認(rèn)證利用無(wú)線信道信息的時(shí)空唯一性，通過(guò)比較連續(xù)數(shù)據(jù)幀的信道信息相似性進(jìn)行消息身份認(rèn)證。物理層認(rèn)證直接利用解調(diào)后的信號(hào)提取信道信息，無(wú)需復(fù)雜的上層加解密運(yùn)算，具有快速、高效的優(yōu)勢(shì)，十分適用于資源受限的無(wú)線互聯(lián)設(shè)備間的連續(xù)實(shí)時(shí)認(rèn)證。本文以物理層認(rèn)證技術(shù)為研究對(duì)象，完成了以下三個(gè)方面的工作：
　　1.提出了一種基于信道信息的物理層

3、認(rèn)證方案，與上層認(rèn)證技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成一種跨層認(rèn)證方案。該方案選取基于基擴(kuò)展模型的信道估計(jì)算法，用于探測(cè)時(shí)變信道信息，提高時(shí)變信道下物理層認(rèn)證的成功率。仿真實(shí)驗(yàn)還表明，基于基擴(kuò)展模型信道信息的物理層認(rèn)證方案隨著信噪比的增加，檢測(cè)率不斷提高，并且該方案在多普勒頻移較高時(shí)，認(rèn)證性能依然很好，適用于時(shí)變環(huán)境中。
　　2.針對(duì)目前3G/4G采用認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議存在的安全缺陷，本文提出將輕量級(jí)的物理層認(rèn)證運(yùn)用到5G系統(tǒng)的兩種方案。兩種方案中

4、物理層認(rèn)證的首個(gè)數(shù)據(jù)幀均需要上層認(rèn)證協(xié)議完成，方案一后續(xù)數(shù)據(jù)幀增加物理層認(rèn)證進(jìn)行完整性保護(hù)，方案二在雙向認(rèn)證中同時(shí)使用上層認(rèn)證和物理層認(rèn)證來(lái)增強(qiáng)安全性，兩種方案分別滿足不同場(chǎng)景認(rèn)證需求。
　　3.將物理層認(rèn)證用于檢測(cè)MIMO-OFDM中的欺騙攻擊。本文針對(duì)檢測(cè)門限難以確定的問(wèn)題，提出一種基于ε-貪婪策略的檢測(cè)門限確定方案。最后，在軟件無(wú)線電外設(shè)平臺(tái)上搭建欺騙檢測(cè)的環(huán)境，用于檢測(cè)MIMO-OFDM系統(tǒng)中用物理層認(rèn)證進(jìn)行欺騙檢測(cè)的性能