基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法及系统技术方案

本公开涉及一种基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法，是包含发射端和接收端的无线通信系统的物理层认证的隐蔽性分析方法，其特征在于，包括：发射端基于单比特隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，标记信号包括认证信号和信息信号，在单比特隐蔽性协议中，令信息信号的能量分配因子在间隔时间段内保持固定且为优化值；接收端接收标记信号，基于单比特隐蔽性协议，对标记信号进行处理，获得保密认证概率；基于接收的信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率、隐蔽认证拒绝概率；并且基于保密认证概率、认证请求传输概率、隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级。

【技术实现步骤摘要】
基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法及系统
本公开涉及无线通信
，具体涉及一种基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法及系统。
技术介绍
随着无线设备的快速普及，对发射器认证的需求也急剧增长，物理层认证与基于上层密码工具的传统认证技术相比具有两个主要优势：首先，物理层认证通过允许非法接收方仅对其进行噪声观察来保护标签，从信息论的角度来看是相对安全的。其次，物理层认证使得合法的接收方能够快速的区分合法发射段和非法发射段，无需完成更高层处理。物理层设计的认证方案通常可以分为被动形式和主动形式两大类。本文重点研究主动式，在发射端的消息信号中嵌入认证信号，然后在接收段处提取认证信号。常见的现有技术有：(1)使用时分多路复用方法将认证信号附加到数据上，但这需要额外的传输时间，并且容易将认证信号暴露给非法接收端，因为认证信号具有与消息信号相同的信噪比(SNR)；(2)对于OFDM系统，通过根据认证信号在子载波上重复某些消息符号来产生环路平稳签名，这浪费了消息吞吐量；(3)频率偏移根据认证信号进行修改，然而，每秒传输的认证信号的比率相对较低；(4)对于预编码的双二进制信令系统，根据认证信号修改某些初始位，这种方案使得未知的接收段恢复消息信号具有挑战性，违背了隐蔽性的要求。当前使用最广泛的认证技术是认证叠加(Auth-SUP)技术，认证叠加技术能够通过软件无线电平台提供和分析实验结果。通过分析，认证叠加技术可以在一定程度上克服上述四种现有技术的缺点，满足有效认证技术的要求。然而，有效的物理层认证技术通常需要同时考虑安全性，鲁棒性和隐蔽性。具体而言，安全性通常是指非法接收端不能通过各种攻击(包括干扰攻击，重放攻击和模拟攻击)轻易地破坏身份认证；鲁棒性通常是指在随机衰落环境中存在传输，认证方案能够抵抗信道衰落和噪声影响；隐蔽性通常是指接收段在不知道认证方案的情况下，不能够检测到认证信号是异常的。尽管现有的技术已经提出了一个通用的物理层认证框架来综合评估安全性和鲁棒性，但是在隐蔽性方面，由于其多样性和复杂性，现有技术对隐性水平缺乏量化分析，还有很多改善的余地。
技术实现思路
本公开是有鉴于上述的状况而提出的，其目的在于提供一种能够更好评估请求延迟和隐蔽性能的基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法及系统。为此，本公开的第一方面提供了一种基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法，是包含发射端和接收端的无线通信系统的物理层认证方法，其特征在于，包括：所述发射端基于单比特隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，所述标记信号包括认证信号和信息信号，在所述单比特隐蔽性协议中，令所述信息信号的能量分配因子在间隔时间段内保持固定且为优化值；所述接收端接收所述标记信号，基于所述单比特隐蔽性协议，对所述标记信号进行处理，获得保密认证概率；基于接收的所述信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率；并且基于所述保密认证概率、所述认证请求传输概率和所述隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级。在本公开中，所述发射端基于单比特隐蔽性协议发射标记信号，所述接收端接收所述标记信号，基于单比特隐蔽性协议经过处理获得保密认证效率(secrecyauthenticationefficiency，SAE)。其中，所述单比特隐蔽性协议规定标记信号中的信息信号的能量分配因子在间隔时间段内保持固定且为优化值。在这种情况下，基于单比特隐蔽性协议和用于物理层认证的衡量指标——保密认证效率(SAE)，能够更好评估隐蔽等级。在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，在所述单比特隐蔽性协议中，所述接收端向所述发射端反馈信噪比阈值μ的单比特信息，设置令PACR＝0，其中，Rb表示常规信号速率。由此，能够分析隐蔽物理层认证的限制的可行性。在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，基于PACR＝0，信息信号的能量分配因子的优化值由下式(Ⅰ)计算得到：其中，εART是认证请求传输概率的下限，γb表示平均信噪比，Rb表示常规信号速率。在这种情况下，能够优化单比特隐蔽性协议。在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，信道假设条件是所述接收端的信道状态信息存在单比特反馈。在这种情况下，基于单比特隐蔽性协议可以更好评估隐蔽性能。在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，所述保密认证效率由下式(Ⅱ)计算得到：η＝PART(1-PACR)PSA(Ⅱ)，其中，PART表示所述认证请求传输概率，PACR表示所述隐蔽认证拒绝概率，PSA表示所述保密认证概率。由此，能够确定物理层认证的隐蔽等级。在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，所述信息信号的信干噪比由下式(Ⅲ)计算得到：其中，表示所述信息信号的能量分配因子，表示所述认证信号的能量分配因子，所述标记信号分块发送，γb,i表示第i块标记信号在所述接收端的信道信噪比，hb,i表示第i块标记信号的信道增益，表示所述接收端的噪声方差。由此，能够得到隐蔽认证拒绝概率，进而判断物理层认证的隐蔽等级。本公开的第二方面提供了一种基于单比特隐蔽性协议的物理层认证设备，其特征在于，包括：处理器，其执行所述存储器存储的计算机程序以实现上述任一项所述的物理层认证方法；以及存储器。本公开的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现上述任一项所述的物理层认证方法。本公开的第四方面提供了一种基于单比特隐蔽性协议的物理层认证系统，其特征在于，包括：发射装置，所述发射装置基于单比特隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，所述标记信号包括认证信号和信息信号，在所述单比特隐蔽性协议中，令所述信息信号的能量分配因子在间隔时间段内保持固定且为优化值；接收装置，其包括：处理模块，其接收所述标记信号，基于所述单比特隐蔽性协议，对所述标记信号进行处理，获得保密认证概率；计算模块，其基于接收的所述信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率；以及判定模块，其根据所述保密认证概率、所述认证请求传输概率和所述隐蔽认证拒绝的概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级。在本公开中，所述发射装置基于单比特隐蔽性协议发射标记信号，所述接收装置接收所述标记信号，基于单比特隐蔽性协议经过处理获得保密认证效率(SAE)。其中，所述单比特隐蔽性协议规定标记信号中的信息信号的能量分配因子在间隔时间段内保持固定且为优化值。在这种情况下，基于单比特隐蔽性协议和用于物理层认证的衡量指标——保密认证效率(SAE)，能够更好评估隐蔽等级。在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，在所述单比特隐蔽性协议中，所述接收端向所述发射端反馈信噪比阈值μ，设置令PACR＝0，其中，Rb表示常规信号速率。由此，能够分析隐蔽物理层认证的限制的可行性。在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，基于PACR＝0，信息信号的能量分配因子的优化值由下式(Ⅰ)计算得到：其中，εART是认证请求传输概率的下限，γb表示平均信噪比，Rb表示常规信号速率。在这种情况下，能够优化单比特隐蔽性协议。在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，信道假设条件是所述接收装置的信道状态信息存在单比特反馈。在这种情况下，基于单比特隐蔽性协议可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法，是包含发射端和接收端的无线通信系统的物理层认证的隐蔽性分析方法，其特征在于，包括：所述发射端基于单比特隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，所述标记信号包括认证信号和信息信号，在所述单比特隐蔽性协议中，令所述信息信号的能量分配因子在间隔时间段内保持固定且为优化值；所述接收端接收所述标记信号，基于所述单比特隐蔽性协议，对所述标记信号进行处理，获得保密认证概率；基于接收的所述信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率；并且基于所述保密认证概率、所述认证请求传输概率和所述隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级。

【技术特征摘要】
1.一种基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法，是包含发射端和接收端的无线通信系统的物理层认证的隐蔽性分析方法，其特征在于，包括：所述发射端基于单比特隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，所述标记信号包括认证信号和信息信号，在所述单比特隐蔽性协议中，令所述信息信号的能量分配因子在间隔时间段内保持固定且为优化值；所述接收端接收所述标记信号，基于所述单比特隐蔽性协议，对所述标记信号进行处理，获得保密认证概率；基于接收的所述信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率；并且基于所述保密认证概率、所述认证请求传输概率和所述隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级。2.根据权利要求1所述的物理层认证方法，其特征在于：在所述单比特隐蔽性协议中，所述接收端向所述发射端反馈信噪比阈值μ的单比特信息，设置令PACR＝0，其中，Rb表示常规信号速率。3.根据权利要求1所述的物理层认证方法，其特征在于：基于PACR＝0，信息信号的能量分配因子的优化值由下式(Ⅰ)计算得到：其中，εART是认证请求传输概率的下限，γb表示平均信噪比，Rb表示常规信号速率。4.根据权利要求1所述的物理层认证方法，其特征在于：所述保密认证效率由下式(Ⅱ)计算得到：η＝PART(1-PACR)PSA(Ⅱ)，其中，PART表示所述认证请求传输概率，PACR表示所述隐蔽认证拒绝概率，PSA表示所述保密认证概率。5.根据权利要求1所述的物理层认证方法，其特征在于：所述信息信号的信干噪比由下式(Ⅲ)计算得到：其中，表示所述信息信号的能量分配因子，表示所述认证信号的能量分配因子，所述标记信号分块发送，γb,i表示第i块标记信号在所述接收端的信道信噪比，hb,i表示第i块标记信号的信道增益，表示所述接收端的噪声方差。6.一种基于单比...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宁，罗钢，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44