本文關鍵詞：基于無線信道特征的物理層安全研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著電子技術與互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展,無線通信逐漸呈現(xiàn)寬帶化、移動化的發(fā)展趨勢,其相關應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)定性等特點使其極易遭受攻擊。同時,隨著用戶數(shù)量的增加、計算機技術的發(fā)展,傳統(tǒng)安全機制密鑰管理困難、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、實現(xiàn)理論安全的新方法,已成為信息安全領域的研究熱點。它從信息論角度出發(fā),以無線信道的唯一性、互易性、時變性、不可預測性為理論依據(jù),將無線信道作為隨機源,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、獨立生成相同的密鑰,即可在無密鑰分配的情況下實現(xiàn)密鑰共享,避免了密鑰的傳輸,有著廣泛的應用前景。本文重點研究了寬帶OFDM系統(tǒng)中基于無線信道特征的密鑰生成技術,包括信道特征提取以及密鑰生成算法,主要工作如下：1.針對寬帶信號高采樣接收問題,本文設計了四通道調制型混合濾波器組結構的高速ADC系統(tǒng),使采樣速率降低了4倍,并將其應用于寬帶OFDM系統(tǒng),實現(xiàn)了寬帶信號的多通道聯(lián)合接收。在此基礎上,研究了OFDM信號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的幅度值作為信道特征。結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的信道特征預處理方法,以進一步提高其互易性。該方法利用sym8小波對信道特征進行3層分解,將相應的高頻系數(shù)處理后再重構信道特征,有效減小了噪聲的影響,預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性,對已有的雙門限量化方法進行了改進,提出了以中位數(shù)為基準的量化門限計算方法。用該方法求得的雙門限對預處理后的信道特征進行量化,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。4.為保證密鑰的生成速率,提出了分段的密鑰確認方法。該方法將糾錯后的密鑰序列分成四段,并保留其中SHA-1值相同的序列段,在保障密鑰安全性的同時,盡可能多地提取出一致比特。在UMa信道模型下,相比于不分段確認的情況,該方法將密鑰生成速率提高了約29%。最后將確認后的序列進行交織生成密鑰,提高了密鑰的隨機性,經(jīng)檢測,慢變信道下生成的128位密鑰至少能通過3個隨機性檢測,而在快變信道下至少能通過5個隨機性檢測。
【關鍵詞】：物理層安全 高速ADC 無線信道特征 小波重構 密鑰生成
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN918.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 縮略語表12-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 現(xiàn)有研究存在的問題18-19
• 1.3.1 通信雙方提取的信道特征的一致性問題18
• 1.3.2 密鑰生成速率和密鑰一致性之間相互矛盾18-19
• 1.3.3 缺乏通用性強的密鑰生成算法19
• 1.4 本文主要工作及結構安排19-22
• 1.4.1 本文主要工作19
• 1.4.2 本文結構安排19-22
• 第二章 基于無線信道特征的物理層安全技術22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 無線信道特征22-25
• 2.2.1 無線信道傳播特征22-23
• 2.2.2 無線信道時空特性23-25
• 2.3 無線通信雙工方式25-26
• 2.4 基于無線信道特征的物理層安全機制26-30
• 2.4.1 基于無線信道特征的密鑰生成方案27-28
• 2.4.2 現(xiàn)有密鑰生成算法28-29
• 2.4.3 密鑰生成方案性能評估指標29-30
• 2.5 本章小結30-32
• 第三章 基于多通道接收的寬帶OFDM系統(tǒng)信道特征提取32-58
• 3.1 引言32
• 3.2 寬帶信號高采樣接收32-34
• 3.2.1 時間交織式ADC系統(tǒng)33
• 3.2.2 混合濾波器組ADC系統(tǒng)33-34
• 3.3 多通道寬帶信號接收系統(tǒng)34-40
• 3.3.1 HFB基本原理34-37
• 3.3.2 基于調制型混合濾波器組的多通道接收系統(tǒng)37-40
• 3.4 基于寬帶OFDM信號的信道特征提取40-46
• 3.4.1 OFDM基本原理40-42
• 3.4.2 基于寬帶OFDM信號的信道特征提取42-46
• 3.5 系統(tǒng)設計與仿真分析46-57
• 3.5.1 四通道MHFB高速采樣系統(tǒng)的設計與仿真47-54
• 3.5.2 寬帶OFDM系統(tǒng)中信道特征提取的仿真與分析54-57
• 3.6 本章小結57-58
• 第四章 基于小波重構的密鑰生成算法58-86
• 4.1 引言58
• 4.2 小波變換58-61
• 4.2.1 小波變換基本原理58-59
• 4.2.2 常用小波函數(shù)59-61
• 4.3 基于小波重構的密鑰生成算法設計61-76
• 4.3.1 信道特征預處理62-64
• 4.3.2 量化64-67
• 4.3.3 密鑰糾錯67-70
• 4.3.4 密鑰確認70-72
• 4.3.5 密鑰生成72-75
• 4.3.6 密鑰生成算法總述75-76
• 4.4 算法性能分析76-84
• 4.4.1 初始密鑰生成方法性能分析76-78
• 4.4.2 信道噪聲和設備差異對密鑰生成算法中序列誤比特率的影響78-79
• 4.4.3 密鑰生成算法在不同通信環(huán)境下性能分析79-84
• 4.5 本章小結84-86
• 第五章 總結與展望86-88
• 5.1 本文工作總結86
• 5.2 未來研究展望86-88
• 參考文獻88-92
• 致謝92-94
• 碩士期間發(fā)表的論文及參與的科研項目94

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