基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法及系统技术方案

本发明专利技术属于无线通信网络技术领域，公开了一种基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法及系统，通过合法收发双方相互的信号探测；对接收信号进行处理，利用信道相位响应提取合法收发双方的等效相位信息，形成双方约定密钥；生成标签信号后进行消息重构；通过WFRFT的混合载波调制扰乱信号星座，对消息与密钥进行共同加密。本发明专利技术通过合法双方的相互探测提取出等效相位形成约定密钥，生成标签信号后进行消息重构，通过WFRFT的混合载波调制扰乱信号星座，实现消息与密钥的共同加密。本发明专利技术大大节省了上层的资源空间，能够提升系统的传输效率与整体性能，能够实现身份认证安全性的提升，可以为物理层安全认证提供一种新思路。

【技术实现步骤摘要】
基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法及系统
本专利技术属于无线通信网络
，尤其涉及一种基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法及系统。
技术介绍
随着通信技术手段的不断发展提升，消息传输媒介也日益复杂化，无线通信网络安全性逐渐成为研究者考虑的主要问题之一。为了防止网络中恶意节点的窃听攻击，保证消息的正常传输，安全认证手段应运而生。针对通信网络内部的身份攻击，是众多攻击手段中的主要方式，也是恶意节点发动攻击的首要步骤。由于网络结构的扩展，无线网络的安全隐患已经不再只存在于消息内容所处的层面，而各个层内的安全协议尚未得到统一，这就导致了各层间的安全认证互不兼容。为了解决兼容性问题，物理层认证方法得以提出。相较上层的认证方法，物理层认证方法无需占用额外带宽，能够从协议栈最底层解决兼容性问题，实现协议栈各层级之间的互联互通，因此得到了广泛的关注。传统加密认证方法多依靠庞大的计算量以及运算复杂度，而量子计算的出现令以计算量为加密特征的方案无法继续得以较好的应用，因此如何利用通信网络的自身特征实现安全认证成为当前研究的主要热点。物理层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法，其特征在于，所述基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法包括：/n通过合法收发双方相互的信号探测；/n对接收信号进行处理，利用信道相位响应提取合法收发双方之前的等效相位，形成双方约定密钥；/n生成标签信号后进行消息重构；/n通过WFRFT的混合载波调制扰乱信号星座，对消息与密钥进行共同加密。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法，其特征在于，所述基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法包括：
通过合法收发双方相互的信号探测；
对接收信号进行处理，利用信道相位响应提取合法收发双方之前的等效相位，形成双方约定密钥；
生成标签信号后进行消息重构；
通过WFRFT的混合载波调制扰乱信号星座，对消息与密钥进行共同加密。


2.如权利要求1所述的基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法，其特征在于，所述基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法对于任意N长复数序列X0＝{x0,x1,…,xN-1}T，利用DFT矩阵F以及反转矩阵定义，将离散序列WFRFT定义式写为：



其中
列向量X0的4-WFRFT可以通过对X0做一个矩阵F4W(α,V)得到；
WFRFT的物理实现流程以及物理含义，一个长度为N的信息序列经过串并转换后进入4个支路分别进行处理；其中，通过w1和w3支路的信号数据在经过加权处理之前都经过了DFT模块，因而w1和w3支路刚好对应于OFDM的多载波系统结构；相对应的w0和w2支路，其过程中没有经过DFT模块，对应的则是单载波系统结构。


3.如权利要求1所述的基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法，其特征在于，所述基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法根据物理层水印认证系统模型，通过合法收发双方相互的信号探测，对接收信号进行处理，利用信道相位响应提取合法收发双方之前的等效相位，形成双方约定密钥，构造标签信号后嵌入传输消息中实现物理层水印认证；
设定Alice的随机探测信号为Sa＝[Sa,1,Sa,2,...,Sa,N]，Sa.i＝exp(θa.i)；Bob的随机探测信号为Sb＝[Sb,1,Sb,2,...,Sb,N]，Sb.i＝exp(θb.i)，通过公共信道传输，得出：
Bob接收到的信号：



Alice接收到的信号：



二者子信号可分别表示为：






利用双方分别接收到的信号与发送出的探测信号进行点乘，得到新的等效信号，即：
Bob处信号表示为：



Alice处信号表示为：



根据r′a,N估计出发送方子信道的相位响应为：
θb,i′＝tan-1[imag(rb,i′)/real(rb,i′)]＝θh,i+θa,i+θb,i+εb,i；
同理根据r′b,N接收方的子信道相位响应为：
θa,i′＝tan-1[imag(ra,i′)/real(ra,i′)]＝θh,i+θb,i+θa,i+εa,i；
根据式观察发现Alice和Bob的子信道相位响应包含了二者信道探测的信号相位，将θb,i′和θa,i′看作信道相位估计的结果，同时获取的估计相位仅存在信道误差的差异，将相位信息θb,i′和θa,i′作为二者共同拥有的密钥，生成复标签信号设定为Ti＝exp[j(θa,i′+θb,i′)]。


4.如权利要求1所述的基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法，其特征在于，所述基于WFRFT的物理层标签信号嵌入认证方法的信号模型第n次传输过程当中的消息数据序列{dn}、标签数据序列{tn}的基带映射可表示为：Dn＝{D1,D2,...,DN-1}、Tn＝{T1,T2,...,TM-1}；
对认证标签进行数据填充，使length(T)＝length(D)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：任清华，吴佳隆，李明，樊志凯，张广大，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61