考虑敌对端计算能力的物理层认证系统的安全性检测方法技术方案

本公开描述一种考虑敌对端计算能力的物理层认证系统的安全性检测方法，其包括：发射端发射第一载体信号，第一载体信号经过信道得到第二载体信号；敌对端接收第二载体信号，基于第二载体信号和第一假设检验条件获得认证信息泄露率和第一虚警概率，基于Neyman–Pearson(奈曼–皮尔逊)理论，当第一虚警概率小于或等于上限时，敌对端获得第一最优阈值、第一检测概率和泄露概率；接收端接收第二载体信号，基于第二载体信号和第二假设检验条件获得第二虚警概率，基于Neyman–Pearson理论，当第二虚警概率小于或等于上限时，接收端获得第二最优阈值、第二检测概率和认证概率；接收端基于泄露概率和认证概率，获得安全认证概率，以检测物理层认证系统的安全性。

Security Detection Method for Physical Layer Authentication System Considering Hostile Computing Capability

This disclosure describes a security detection method for a physical layer authentication system considering the computing capability of the hostile end, which includes: the transmitter transmits the first carrier signal, the first carrier signal gets the second carrier signal through the channel, the hostile end receives the second carrier signal, obtains the authentication information leakage rate and the first false alarm probability based on the second carrier signal and the first hypothesis test condition, and based on N. In eyman-Pearson theory, when the first false alarm probability is less than or equal to the upper limit, the hostile end obtains the first optimal threshold, the first detection probability and the leak probability; the receiving end receives the second carrier signal and obtains the second false alarm probability based on the second carrier signal and the second hypothesis test condition, and based on Neyman-Pearson theory, when the second false alarm probability is less than or equal to the upper limit. The receiver obtains the second optimal threshold, the second detection probability and the authentication probability, and the receiver obtains the security authentication probability based on the leakage probability and the authentication probability to detect the security of the physical layer authentication system.

【技术实现步骤摘要】
考虑敌对端计算能力的物理层认证系统的安全性检测方法
本公开涉及无线通信
，具体涉及一种考虑敌对端计算能力的物理层认证系统的安全性检测方法。
技术介绍
验证发射端的真实性是一项基本的安全要求，传统的认证技术是基于加密机制并在上层进行身份认证。与传统的身份认证技术相比，物理层身份认证技术主要具有两个主要优点：首先物理层身份认证技术通过向敌对端引入噪声干扰而获得更高的信息理论安全。其次，物理层身份认证可以避免计算机上层的任何操作而获得更高的效率和更好的兼容性。物理层身份认证技术的性能评估主要基于三个特性：隐匿性、安全性和鲁棒性。具体而言，隐匿性包含两个方面：用于身份认证的方法不应该很容易的被检测到或被观察到；且对不知情的接收端恢复消息的能力没有明显的影响。安全性是指能否抵抗敌对端的攻击。鲁棒性是评价认证技术可否在干扰中继续认证过程。然而，目前关于物理层身份认证的性能分析的研究还很不完善。由于上述三个特性通常是分开讨论的，因此很难系统的分析特定的物理层身份认证技术中参数对最终性能的影响，且在相同的信道条件下公平的比较不同的物理层身份认证技术的性能也变得困难。
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提高性能分析的便利性和准确性的考虑敌对端计算能力的物理层认证系统的安全性检测方法。为此，本公开的第一方面提供了一种考虑敌对端计算能力的物理层认证系统的安全性检测方法，是包含发射端、接收端和敌对端的无线通信系统的物理层认证系统的安全性检测方法，其特征在于，包括：所述发射端发射第一载体信号，所述第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；所述敌对端接收所述第二载体信号，基于所述第二载体信号获得估计标签信号和第一检验统计量，基于估计标签信号获得密钥质疑度，基于所述密钥质疑度获得认证信息泄露率，基于第一假设检验条件和所述第一检验统计量获得第一虚警概率，基于Neyman–Pearso(奈曼–皮尔逊)理论，当所述第一虚警概率小于或等于第一虚警概率的上限时，所述敌对端获得第一最优阈值，以确定第一检测概率，基于所述认证信息泄露率和所述第一检测概率获得泄露概率；所述接收端接收所述第二载体信号，基于所述第二载体信号获得目标载体信号，基于所述目标载体信号获得残差信号，基于所述残差信号获得第二检验统计量，基于第二假设检验条件和所述第二检验统计量获得第二虚警概率，基于Neyman–Pearso理论，当所述第二虚警概率小于或等于第二虚警概率的上限时，所述接收端获得第二最优阈值，以确定第二检测概率，基于所述第二检测概率获得认证概率；并且所述接收端基于所述泄露概率和所述认证概率，获得安全认证概率，以检测物理层认证系统的安全性。在本公开中，发射端发射第一载体信号，第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；敌对端接收第二载体信号，基于第二载体信号和第一假设检验条件获得认证信息泄露率和第一虚警概率，基于Neyman–Pearson理论，当第一虚警概率小于或等于上限时，敌对端获得第一最优阈值，以确定第一检测概率，基于认证信息泄露率和第一检测概率获得泄露概率；接收端接收第二载体信号，基于第二载体信号和第二假设检验条件获得第二虚警概率，基于Neyman–Pearson理论，当第二虚警概率小于或等于上限时，接收端获得第二最优阈值，以确定第二检测概率，进而获得认证概率；接收端基于泄露概率和认证概率，获得安全认证概率，以检测物理层认证系统的安全性。由此，能够提高性能分析的便利性和准确性。在本公开第一方面所涉及的安全性检测方法中，可选地，所述安全认证概率PSA满足式(Ⅰ)：PSA＝max{ηBob-ηEve,0}(Ⅰ)，其中，ηEve表示所述泄露概率，且满足ηEve＝PD,EveIEve，PD,Eve表示所述第一检测概率，IEve表示所述认证信息泄露率，ηBob表示所述认证概率，且满足ηBob＝PD,Bob，PD,Bob表示所述第二检测概率。由此，能够获得安全认证概率。在本公开第一方面所涉及的安全性检测方法中，可选地，所述第一载体信号是以数据块的形式分块发射的。由此，能够便于对数据进行操作。在本公开第一方面所涉及的安全性检测方法中，可选地，所述密钥质疑度满足式(Ⅱ)：其中，κ表示密钥，ki表示第i块所述密钥，yi表示第i块所述第二载体信号，si表示第i块信息信号，表示第i块所述估计标签信号，ti表示第i块标签信号。由此，能够获得密钥质疑度。在本公开第一方面所涉及的安全性检测方法中，可选地，所述认证信息泄露率IEve满足式(Ⅲ)：其中，表示第i块标签信号ti。由此，能够获得认证信息泄露率。在本公开第一方面所涉及的安全性检测方法中，可选地，所述第一假设检验条件满足：所述第二假设检验条件满足：由此，能够便于后续基于假设检验条件进行性能分析。在本公开第一方面所涉及的安全性检测方法中，可选地，基于所述第一假设检验条件获得第i块第一测试阈值θi,Eve，基于所述第二假设检验条件获得第i块第二测试阈值θi,Bob。由此，能够便于后续获得虚警概率。在本公开第一方面所涉及的安全性检测方法中，可选地，基于所述第i块第一测试阈值θi,Eve和第i块第一检验统计量δi,Eve获得第i块第一虚警概率，第i块第一虚警概率PFA,i,Eve满足式(Ⅳ)：PFA,i,Eve＝Pr{δi,Eve＞θi,Eve|H10}(Ⅳ)，基于所述第i块第二测试阈值θi,Bob和第i块第二检验统计量δi,Bob获得第i块第二虚警概率，第i块第二虚警概率PFA,i,Bob满足式(Ⅴ)：PFA,i,Bob＝Pr{δi,Bob＞θi,Bob|H20}(Ⅴ)。由此，能够获得虚警概率。在本公开第一方面所涉及的安全性检测方法中，可选地，设置所述第一虚警概率等于第一虚警概率的上限εPFA,Eve，获得第一最优阈值所述第一最优阈值满足设置所述第二虚警概率等于第二虚警概率的上限εPFA,Bob，获得第二最优阈值所述第二最优阈值满足其中，L表示每块第一载体信号的信号长度，γEve表示通过估算获得的所述敌对端的信噪比，γBob表示所述接收端的信噪比，表示标签信号的能量分配因子，εPFA,Eve表示所述第一虚警概率的上限，εPFA,Bob表示所述第二虚警概率的上限。由此，能够获得最优阈值。在本公开第一方面所涉及的安全性检测方法中，可选地，基于所述第一检验统计量和所述第一最优阈值获得所述第一检测概率，第i块第一检测概率PD,i,Eve满足式(Ⅵ)：基于所述第二检验统计量和所述第二最优阈值获得所述第二检测概率，第i块第二检测概率PD,i,Bob满足式(Ⅶ)：其中，γi,Eve表示通过估算获得的所述敌对端的第i块信噪比，γi,Bob表示所述接收端的第i块信噪比。由此，能够获得检测概率。针对现有物理层身份认证方法，本公开提出了一种考虑敌对端计算能力的物理层认证系统的安全性检测方法，并提出了完整的理论模型，完全理论化分析了检测概率和虚警概率并且给出了封闭解，在此基础上，本公开进一步设计了一个新的参数安全认证概率对系统模型的性能表现进行衡量和比较，并且得到了实验验证。附图说明图1是示出了本公开的示例所涉及的考虑敌对端计算能力的物理层认证系统的安全性检测方法的场景示意图。图2是示出了本公开的示例所涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑敌对端计算能力的物理层认证系统的安全性检测方法，是包含发射端、接收端和敌对端的无线通信系统的物理层认证系统的安全性检测方法，其特征在于，包括：所述发射端发射第一载体信号，所述第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；所述敌对端接收所述第二载体信号，基于所述第二载体信号获得估计标签信号和第一检验统计量，基于估计标签信号获得密钥质疑度，基于所述密钥质疑度获得认证信息泄露率，基于第一假设检验条件和所述第一检验统计量获得第一虚警概率，基于Neyman–Pearso(奈曼–皮尔逊)理论，当所述第一虚警概率小于或等于第一虚警概率的上限时，所述敌对端获得第一最优阈值，以确定第一检测概率，基于所述认证信息泄露率和所述第一检测概率获得泄露概率；所述接收端接收所述第二载体信号，基于所述第二载体信号获得目标载体信号，基于所述目标载体信号获得残差信号，基于所述残差信号获得第二检验统计量，基于第二假设检验条件和所述第二检验统计量获得第二虚警概率，基于Neyman–Pearso理论，当所述第二虚警概率小于或等于第二虚警概率的上限时，所述接收端获得第二最优阈值，以确定第二检测概率，基于所述第二检测概率获得认证概率；并且所述接收端基于所述泄露概率和所述认证概率，获得安全认证概率，以检测物理层认证系统的安全性。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑敌对端计算能力的物理层认证系统的安全性检测方法，是包含发射端、接收端和敌对端的无线通信系统的物理层认证系统的安全性检测方法，其特征在于，包括：所述发射端发射第一载体信号，所述第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；所述敌对端接收所述第二载体信号，基于所述第二载体信号获得估计标签信号和第一检验统计量，基于估计标签信号获得密钥质疑度，基于所述密钥质疑度获得认证信息泄露率，基于第一假设检验条件和所述第一检验统计量获得第一虚警概率，基于Neyman–Pearso(奈曼–皮尔逊)理论，当所述第一虚警概率小于或等于第一虚警概率的上限时，所述敌对端获得第一最优阈值，以确定第一检测概率，基于所述认证信息泄露率和所述第一检测概率获得泄露概率；所述接收端接收所述第二载体信号，基于所述第二载体信号获得目标载体信号，基于所述目标载体信号获得残差信号，基于所述残差信号获得第二检验统计量，基于第二假设检验条件和所述第二检验统计量获得第二虚警概率，基于Neyman–Pearso理论，当所述第二虚警概率小于或等于第二虚警概率的上限时，所述接收端获得第二最优阈值，以确定第二检测概率，基于所述第二检测概率获得认证概率；并且所述接收端基于所述泄露概率和所述认证概率，获得安全认证概率，以检测物理层认证系统的安全性。2.根据权利要求1所述的安全性检测方法，其特征在于：所述安全认证概率PSA满足式(Ⅰ)：PSA＝max{ηBob-ηEve,0}(Ⅰ)，其中，ηEve表示所述泄露概率，且满足ηEve＝PD,EveIEve，PD,Eve表示所述第一检测概率，IEve表示所述认证信息泄露率，ηBob表示所述认证概率，且满足ηBob＝PD,Bob，PD,Bob表示所述第二检测概率。3.根据权利要求1所述的安全性检测方法，其特征在于：所述第一载体信号是以数据块的形式分块发射的。4.根据权利要求1所述的安全性检测方法，其特征在于：所述密钥质疑度满足式(Ⅱ)：其中，κ表示密钥，ki表示第i块所述密钥，yi表示第i块所述第二载体信号，si表示第i块信息信号，表示第i块所述估计标签信号，ti表示第i块标签信号。5.根据权利要求4所述的安全性检测方法，其特征...

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