【摘要】：無線網(wǎng)絡(luò)是國(guó)家重要信息基礎(chǔ)設(shè)施,廣泛應(yīng)用于各個(gè)重大行業(yè)。無線信道具有廣播和開放的特性,導(dǎo)致信息在無線網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中面臨各種安全威脅。傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)中的安全機(jī)制主要應(yīng)用密碼學(xué)方法,通過在通信實(shí)體間共享秘密信息(密鑰),從而實(shí)現(xiàn)加密認(rèn)證等機(jī)制來保證網(wǎng)絡(luò)層及上層的通信安全。近年來,物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和第五代通信(5G)為首的新技術(shù)和應(yīng)用不斷涌現(xiàn),改變了無線網(wǎng)絡(luò)的部署方式:網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量不斷增加,體積不斷減小,移動(dòng)性和分布性特征日趨明顯。這些新的特征不但增加了密鑰分發(fā)和管理的難度,同時(shí)也提高了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)受到物理攻擊導(dǎo)致秘密信息被竊取的風(fēng)險(xiǎn)。因此,基于秘密信息共享的密碼學(xué)方法已經(jīng)無法滿足需要,無線網(wǎng)絡(luò)安全面臨新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。物理層安全技術(shù)是一種新的安全技術(shù),作為基于密碼學(xué)的安全技術(shù)的一種補(bǔ)充,主要使用物理信道或者物理設(shè)備的物理特征來實(shí)現(xiàn)保密通信或者設(shè)備認(rèn)證等安全機(jī)制。由于這些特征主要來自于周圍的環(huán)境或生產(chǎn)過程,具有隨機(jī)性,難以偽造和篡改,可唯一標(biāo)識(shí)設(shè)備。本文主要研究物理層認(rèn)證技術(shù),以無線發(fā)送設(shè)備的射頻缺陷指紋特征為依據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)信息源的驗(yàn)證,從而發(fā)現(xiàn)設(shè)備偽造攻擊,提高網(wǎng)絡(luò)安全性能。針對(duì)無線射頻指紋特征關(guān)聯(lián)度低、穩(wěn)定性差的問題,本文聚焦無線設(shè)備物理層特征融合與內(nèi)生身份構(gòu)建技術(shù),旨在通過無線設(shè)備物理層特征的提取融合、分析擬合、關(guān)聯(lián)挖掘,實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備內(nèi)生身份構(gòu)建與物理層快速身份認(rèn)證,確保無線收發(fā)設(shè)備身份的真實(shí)性。主要研究?jī)?nèi)容如下:針對(duì)無線設(shè)備物理層特征差異性小、信道特征環(huán)境影響隨機(jī),難以滿足物理層身份的高精度、持續(xù)穩(wěn)定的安全需求,本文采用特征融合思想,提出基于調(diào)制解調(diào)信號(hào)誤差向量的物理層特征融合方法;應(yīng)用AMRA模型對(duì)融合特征的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證,提出基于ARMA模型擬合參數(shù)的臨時(shí)身份構(gòu)建方法,解決現(xiàn)有物理層臨時(shí)通訊身份認(rèn)證過程中物理層特征不穩(wěn)定的問題,實(shí)現(xiàn)物理層多特征融合與重構(gòu),提高無線設(shè)備臨時(shí)身份的可區(qū)分度和穩(wěn)定性;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于臨時(shí)身份的物理層認(rèn)證,設(shè)備區(qū)分識(shí)別度最高達(dá)到95%。針對(duì)長(zhǎng)期通訊過程中無線設(shè)備原器件老化導(dǎo)致設(shè)備身份特征變化問題,采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)思想,結(jié)合無線設(shè)備內(nèi)生融合特征序列的長(zhǎng)期非線性特征,提出基于MP神經(jīng)元模型的多內(nèi)生融合特征擬合方法;基于LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),提出多擬合模型的組合關(guān)聯(lián)分析方法,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)短期內(nèi)生融合特征非線性關(guān)系的深度挖掘;應(yīng)用LSTM細(xì)胞門權(quán)重矩陣向量,構(gòu)建設(shè)備全局長(zhǎng)期內(nèi)生身份和本地短期內(nèi)生身份。針對(duì)無線自組網(wǎng)絡(luò)群組認(rèn)證密鑰交換的泄漏攻擊問題,采用物理層無密鑰身份認(rèn)證思想,結(jié)合全局長(zhǎng)期身份和本地短期身份模型,設(shè)計(jì)基于物理層融合特征內(nèi)生身份表征序列相關(guān)度匹配無密鑰認(rèn)證協(xié)議,解決被動(dòng)密鑰身份泄露攻擊問題,實(shí)現(xiàn)了無線自組網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期無密鑰物理層身份認(rèn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所提身份構(gòu)建方法和認(rèn)證協(xié)議身份識(shí)別率≥99%。最后,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于IEEE 802.11協(xié)議的無線設(shè)備內(nèi)生特征采集平臺(tái),結(jié)合無線設(shè)備物理層特征融合方法和內(nèi)生身份模型構(gòu)建方法,將本文提出的無線設(shè)備內(nèi)生融合特征身份應(yīng)用到該平臺(tái)中,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了融合特征序列的穩(wěn)定性和物理層無密鑰內(nèi)生身份認(rèn)證方法的可行性。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN918.4
【圖文】：

一描述設(shè)備身份的特征，用于進(jìn)行物理層的身份識(shí)別。1.2.2 基于設(shè)備特征的物理層認(rèn)證基于無線收發(fā)設(shè)備特征的物理層認(rèn)證研究，利用了無線收發(fā)設(shè)備在制造和生產(chǎn)中，因元器件非理想化誤差、制造環(huán)境、封裝工藝不同導(dǎo)致的設(shè)備在頻率、時(shí)位上的射頻缺陷特征，即無線設(shè)備的內(nèi)生特征。無線設(shè)備內(nèi)生特征與生俱來，不制、更改、偽造。目前，針對(duì)設(shè)備內(nèi)生特征的研究分為兩類，一類是通過提取設(shè)態(tài)響應(yīng)特征來區(qū)分設(shè)備[30-33]；另一類是通過設(shè)備的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特征實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的[34-38]。(1) 基于瞬態(tài)響應(yīng)的射頻指紋特征提取設(shè)備的瞬態(tài)響應(yīng)特征是指無線設(shè)備從靜止待機(jī)狀態(tài)到發(fā)送接收狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)相位和瞬時(shí)頻率會(huì)出現(xiàn)從低到高的瞬時(shí)變化，通過計(jì)算無線瞬時(shí)波形的振幅、頻率和相位的統(tǒng)計(jì)特征，如方差2σ 、偏度γ 、峰度k 等，來描述和設(shè)備，即設(shè)備的射頻指紋特征(RF-DNA，radiofrequencydistinctnativeattribute)[9

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文(2) 基于穩(wěn)態(tài)相應(yīng)的射頻指紋特征提取設(shè)備的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特征，是無線設(shè)備正常工作時(shí)，在時(shí)域、頻域、空間等不同維度反映出的設(shè)備固有缺陷特征，可為超視距物理層身份認(rèn)證提供身份參考。在文獻(xiàn)[44]中，提出面向無線通信設(shè)備頻率偏移缺陷特征的身份認(rèn)證模型，如圖 1.2[44]所示。圖中，Alice 作為合法的無線電發(fā)送機(jī)向 Bob 發(fā)送信號(hào)；Eve 作為攻擊者試圖模仿 Alice發(fā)送偽造信號(hào)，以欺騙 Bob。在物理層認(rèn)證中，Bob 的主要工作是通過分析接收到的信號(hào)，鑒別信號(hào)的來源是否來自合法發(fā)送者 Alice，或者來自攻擊者 Eve。

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本文編號(hào)：2735854