基于物理层激励-响应机制的物理层安全认证算法制造技术

本发明专利技术属于无线传输系统物理层技术领域，涉及基于物理层激励‑响应机制的物理层安全认证算法。首先引入单向哈希函数实现共享密钥的随机化，利用基于无线衰落信道特性的认证流程来保护认证信息不被窃取；其次采用含有先验信息的对数似然比(Log Likelihood Ratio,LLR)检测算法来提高认证信息的准确度；最后进行认证相关信息的互相关运算，根据互相关系数大小来判别待认证用户的合法性。实施例的仿真结果表明本发明专利技术提出的物理层安全认证算法有明显的性能优势。

Physical layer security authentication algorithm based on physical layer incentive response mechanism

【技术实现步骤摘要】
基于物理层激励-响应机制的物理层安全认证算法
本专利技术属于无线传输系统物理层
，涉及的是基于物理层激励-响应机制的物理层安全认证算法。
技术介绍
无线技术快速进步以及在更强大的无线设备驱使下，无线通信技术得到飞速的发展，新兴的第五代蜂窝网络使得高速数据传输成为现实，保障无线通信系统的安全显得尤为重要。与传统计算机网络相比，无线链路的开放性使得无线通信系统更容易遭受各种攻击。传统加密及认证系统的安全性主要取决于算法密钥的长度和假设物理层的绝对安全。但随着计算技术的快速发展，利用密钥信息的长度实现信息加密的方法已然不可行，恶意用户可以通过猜测、大量计算等方式进行加密信息的解密操作。另外，物理层的绝对安全是不可实现的，容易造成认证信息的泄露、重定向攻击等。随着无线传输系统物理层技术的持续发展，利用物理层特性来提高网络安全性能成为研究热点。现有技术中利用无线信道的脉冲响应，在时变多径信道下提出一种物理层安全认证算法，同时检测异常行为，并在OFDM环境下验证了相关理论。具体地说，利用多径信道的时空信道状态信息(CIR)差异，统计其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于物理层激励-响应机制的物理层安全认证算法，其特征在于，首先引入单向哈希函数实现共享密钥的随机化，利用基于无线衰落信道特性的认证流程来保护认证信息不被窃取；其次采用含有先验信息的对数似然比(Log Likelihood Ratio,LLR)检测算法来提高认证信息的准确度；最后进行认证相关信息的互相关运算，根据互相关系数大小来判别待认证用户的合法性。/n

【技术特征摘要】
1.基于物理层激励-响应机制的物理层安全认证算法，其特征在于，首先引入单向哈希函数实现共享密钥的随机化，利用基于无线衰落信道特性的认证流程来保护认证信息不被窃取；其次采用含有先验信息的对数似然比(LogLikelihoodRatio,LLR)检测算法来提高认证信息的准确度；最后进行认证相关信息的互相关运算，根据互相关系数大小来判别待认证用户的合法性。


2.根据权利要求1所述的基于物理层激励-响应机制的物理层安全认证算法，其特征在于，具体包括如下：(1)用户鉴别假设校验(2)基于LLR的检测算法；(3)共享密钥随机化。


3.根据权利要求2所述的基于物理层激励-响应机制的物理层安全认证算法，其特征在于，所述用户鉴别假设校验具体为：假设Alice和Bob为系统合法用户，Eve为系统非法用户；在物理层安全认证流程中，认证用户Alice接收到响应信号为为了进行用户身份识别，需要提取出共享密钥KB，但由于哈希函数的单向性特点，认证用户Alice是无法得到共享密钥的，所以采用与被认证方Bob相同的方式生成映射序列TA＝hash(D,KA)，因此认证信息转换为单向哈希函数的映射序列，通过比较接收的认证信息TB＝hash(D,KB)与TA＝hash(D,KA)的近似程度来判断用户身份是否合法；首先，需要对接收到的响应信号乘以得到信号为然后利用基于probabilisticdataassistant(PDA)的软判决迭代均衡算法，提取认证信息hash(D,KB)，最后与TA＝hash(D,KA)进行比较；TA与TB的匹配程度采用自相关函数值作为用户身份的统计判决参数R，取值范围在-1～1之间，表达式如下：



在式中，Q表示对两个二进制序列TA与TB模二加运算，所得结果序列为0的数目；P表示所得结果序列为1的数目；R用来衡量认证用户与被认证用户之间的匹配程度，R值越大，表明被认证用户为合法用户的可能性越大；反之，则表明被认证用户为非法用户的可能性越大；
上述的物理层单向认证可以通过二元假设检验的方式实现，设定检测阈值为Γ，根据统计参量R判断用户是否合法；假设检验如下：
H0:R＜Γ
H1:R＞Γ(2)
其中Γ是一个预定义的阈值，用于考虑用户检测概率和虚警概率之间的均衡；
零择假设H0表示统计参量R小于判决门限，被认证用户的认证信息TA与认证用户的认证信息TB不一致，即被认证用户为非合法用户Eve，或者合法用户在认证过程中受到无线信道的干扰，导致认证失败；备择假设H1表示统计参量R大于判决门限，被认证用户的认证信息TB与认证用户的认证信息TA一致，即被认证用户为合法用户Bob；
所述基于LLR的检测算法具体为：采用PDA算法进行认证信息的提取，来提高合法用户的检测概率和降低非法用户的虚警概率；假设在时变信道环境中，在接收端接收信号为
Y＝HX+W(3)
其中,W＝[w(0)w(1)…w(N-1)]T表示加性高斯白噪声矢量，w(n)服从(0,σ2)的高斯分布X＝[x(0)x(1)…x(N-1)]T是发送信号矢量，H是N×N时域信道卷积矩阵，且[H]n,m＝h(n,m)表示在是时刻n的第m阶冲击响应；Y＝[y(0)y(1)…y(N-1)]T是接收信号矢量，y(n)表示接收到的第n个时刻的符号信息，可以表示为

<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇鹏，金剑峰，李玉峰，樊馨月，张宇，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21