本发明专利技术公开了一种基于物理层加密的安全随机接入方法，利用终端在随机接入之前利用下行同步和广播信道估计得到下行信道估计值，并提取下行信道估计值的相位或幅度；蜂窝基站利用上行传输估计上行信道估计值，将上行信道估计值量化成比特序列；将下行信道估计值的相位或幅度与上行信道估计值的相位或幅度进行异或运算，得到差分相位或幅度相位；终端接收到Msg2后解码出差分相位或幅度相位,将差分相位或幅度相位与上行信道估计值的相位或幅度进行异或运算获取比特序列，基站在发送Msg4之前利用协商密钥对其加密之后再广播,只有竞争成功的终端可以正确解码出Msg4，本发明专利技术可以有效避免非法用户的随机接入，同时提高了终端与基站接入双射性实现隐蔽通信。站接入双射性实现隐蔽通信。站接入双射性实现隐蔽通信。
【技术实现步骤摘要】
一种基于物理层加密的安全随机接入方法及系统
[0001]本专利技术属于无线通信
，特别涉及一种基于物理层加密的安全随机接入方法及系统。
技术介绍
[0002]终端与基站侧建立通信链路之前终端要发起建立连接请求，即随机接入；根据需求随机接入又分为基于竞争的随机接入和基于非竞争的随机接入方案。
[0003]基于竞争的随机过程包括：在下行同步并解码系统信息后终端发送信息Msg1，该发送信息包括一个前导序列，基站接收到Msg1后可据此估计出终端上行传输时延；基站下行广播信息Msg2，该信息中包括基站在Msg1中估计出的传输时延、发送时间提前命令，以及终端下一步发送信息中要使用的上行资源等；终端收到信息Msg2后调整自己的上行时间实现上行同步，然后给基站发送信息Msg3，这一步消息中包含一个48位的竞争解决标识(Contention Resolution Identity,CRI)，其中40位是由终端随机产生的；基站收到Msg3后会拷贝该竞争解决标识并在Msg4中将其广播出去。终端接收到Msg4解码后将其中的CRI与自己的CRI对比，如果完全一致则接入网络成功，否则接入失败。
[0004]在基于竞争的随机接入过程中非法终端Trudy和非法终端Ricky可以借助基站构建隐蔽信道，在未接入网络的情况下进行隐蔽通信。图1为非法终端Trudy和非法终端Ricky利用随机接入过程进行隐蔽通信示意图。非法终端Trudy将其要传递的隐蔽消息M编码在Msg3的CRI中，MAC层标准协议的随机过程中基站接收到Msg3后会将该CRI编码到Msg4中并广播出去。非法终端Ricky可以解码Msg4获取Trudy发送的隐蔽消息M，即在一次随机接入过程非法终端Trudy和非法终端Ricky在没有接入网络的情况就可实现一次隐蔽通信，这一攻击会使得合法用户进行随机接入的时频资源减少，碰撞概率增大，接入成功率降低，无法有效保证随机接入的安全性。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于物理层加密的安全随机接入方法及系统，以克服现有技术的不足，本专利技术可以有效避免非法终端在随机接入过程中双射性实现隐蔽通信的风险。
[0006]一种基于物理层加密的安全随机接入方法，包括以下步骤：
[0007]S1，终端在随机接入之前利用下行同步和广播信道估计得到下行信道估计值，并提取下行信道估计值的相位或幅度；
[0008]S2，终端申请随机接入时在Msg1中上报获取的相位或幅度，蜂窝基站利用上行传输估计上行信道估计值，并提取上行信道估计值的相位或幅度，同时将上行信道估计值量化成比特序列；然后将下行信道估计值的相位或幅度与上行信道估计值的相位或幅度进行异或运算，得到差分相位或幅度相位；
[0009]S3，蜂窝基站将差分相位或幅度相位编码至Msg2中并进行广播；终端接收到Msg2
后解码出差分相位或幅度相位,将差分相位或幅度相位与上行信道估计值的相位或幅度进行异或运算获取比特序列；
[0010]S4，终端根据获取比特序列调整自己的上行时间实现上行同步，同时发送Msg3；
[0011]S5，蜂窝基站接收并解码Msg3获取CRI，在广播Msg4之前，利用上行信道估计值量化的比特序列加密CRI后编码到Msg4中进行广播，完成安全随机接入。
[0012]优选的，下行信道估计值其中i是子载波的序号，并且提取下行信道估计值的相位或幅度。
[0013]优选的，采用量化准则将上行信道估计值量化成比特序列。
[0014]优选的，将下行信道估计值的相位与上行信道估计值的相位进行异或运算，得到差分相位：
[0015]优选的，将下行信道估计值的相位与上行信道估计值的相位进行异或运算，得到差分相位第i个子载波差分相位序列具体计算公式如下：
[0016][0017]优选的，蜂窝基站发送Msg4，与蜂窝基站成功接入的终端正确解码出Msg4。
[0018]优选的，终端发送的Msg3中包含CRI信息。
[0019]优选的，采用量化准则将第i个子载波信道估计相位量化为比特序列：
[0020][0021]一种基于物理层加密的安全随机接入系统，包括终端和蜂窝基站；
[0022]终端在随机接入之前利用下行同步和广播信道估计得到下行信道估计值，并提取下行信道估计值的相位或幅度；
[0023]终端申请随机接入时在Msg1中上报获取的相位或幅度，蜂窝基站利用上行传输估计上行信道估计值，并提取上行信道估计值的相位或幅度，同时将上行信道估计值量化成比特序列；然后将下行信道估计值的相位或幅度与上行信道估计值的相位或幅度进行异或运算，得到差分相位或幅度相位；
[0024]蜂窝基站将差分相位或幅度相位编码至Msg2中并进行广播；终端接收到Msg2后解码出差分相位或幅度相位,将差分相位或幅度相位与上行信道估计值的相位或幅度进行异或运算获取比特序列；
[0025]终端根据获取比特序列调整自己的上行时间实现上行同步，同时发送Msg3；
[0026]蜂窝基站接收并解码Msg3获取CRI，在广播Msg4之前，利用上行信道估计值量化的比特序列加密CRI后编码到Msg4中进行广播，完成安全随机接入。
[0027]优选的，采用量化准则将上行信道估计值量化成比特序列。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0029]本专利技术一种基于物理层加密的安全随机接入方法，利用终端在随机接入之前利用下行同步和广播信道估计得到下行信道估计值，并提取下行信道估计值的相位或幅度；蜂窝基站利用上行传输估计上行信道估计值，并提取上行信道估计值的相位或幅度，同时将上行信道估计值量化成比特序列；然后将下行信道估计值的相位或幅度与上行信道估计值的相位或幅度进行异或运算，得到差分相位或幅度相位；终端接收到Msg2后解码出差分相位或幅度相位,将差分相位或幅度相位与上行信道估计值的相位或幅度进行异或运算获取比特序列，终端根据获取比特序列调整自己的上行时间实现上行同步，基站在发送Msg4之前利用协商密钥对其加密之后再广播,只有竞争成功的终端可以正确解码出Msg4，本专利技术可以有效避免非法用户的随机接入，同时提高了终端与基站接入双射性实现隐蔽通信。
[0030]本专利技术采用信道估计值作为密钥源，加密信息的破解与设备的计算能力无关，可以实现信息论安全。
[0031]本专利技术能够有效避免非法终端的接入导致的合法用户进行随机接入的时频资源减少的问题；降低了合法用户碰撞概率，接入成功率增加；本专利技术能够有效阻断这种非法攻击，同时不影响合法用户的正常随机接入。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例中利用随机接入过程进行隐蔽通信示意图。
[0033]图2为本专利技术实施例中所提的安全随机接入示意图。
[0034]图3为本专利技术实施例中Trudy利用随机过程传输的原始图片。
[0035]图4为本专利技术实施例中标准协议的随机过程Ricky通过对Msg本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于物理层加密的安全随机接入方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，终端在随机接入之前利用下行同步和广播信道估计得到下行信道估计值，并提取下行信道估计值的相位或幅度；S2，终端申请随机接入时在Msg1中上报获取的相位或幅度，蜂窝基站利用上行传输估计上行信道估计值，并提取上行信道估计值的相位或幅度，同时将上行信道估计值量化成比特序列；然后将下行信道估计值的相位或幅度与上行信道估计值的相位或幅度进行异或运算，得到差分相位或幅度相位；S3，蜂窝基站将差分相位或幅度相位编码至Msg2中并进行广播；终端接收到Msg2后解码出差分相位或幅度相位,将差分相位或幅度相位与上行信道估计值的相位或幅度进行异或运算获取比特序列；S4，终端根据获取比特序列调整自己的上行时间实现上行同步，同时发送Msg3；S5，蜂窝基站接收并解码Msg3获取CRI，在广播Msg4之前，利用上行信道估计值量化的比特序列加密CRI后编码到Msg4中进行广播，完成安全随机接入。2.根据权利要求1所述的一种基于物理层加密的安全随机接入方法，其特征在于，下行信道估计值其中i是子载波的序号，并且提取下行信道估计值的相位或幅度。3.根据权利要求1所述的一种基于物理层加密的安全随机接入方法，其特征在于，采用量化准则将上行信道估计值量化成比特序列。4.根据权利要求1所述的一种基于物理层加密的安全随机接入方法，其特征在于，将下行信道估计值的相位与上行信道估计值的相位进行异或运算，得到差分相位：5.根据权利要求4所述的一种基于物理层加密的安全随机接入方法，其特征在于，将下行信道估计值的相位与上行信道估计值的相位进行异或运算，得到差...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯诚，王熠晨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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