无线物理层安全技术的研究进展

第6章物理层安全技术的研究进展_哔哩哔哩_bilibilihttps://www.bilibili.com/video/BV15T4y1g7g7/?p=9&spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_history.content.click&vd_source=524992047484249a11f3422fce5ccd80

无线物理层技术是一个崭新的技术，目前在信息安全领域是研究的热点

它研究的重点：利用无线通信设备和无线通信信道的物理特征来建立一套安全的防护体系

无线密钥关键技术：如何利用无线信道去生成密钥

合法通信者具有设备特性和信道特性

合法通信者具有设备特性，这个？？设备特性？？是难以准确克隆的（后面会解释），从而可以防止身份假冒。

合法通信者具有信道特性，无线信道是多径信道，难以准确测量（不站在通信者的位置上是很难测量到的）如果利用这个特性来生成密钥的话，那么这个密钥就是随机的，攻击者是没法获得的。

解释无线信道是“多径”的：无线信道与有线通信中良好的信道状况完全不同,无线通信中的无线信道状况非常恶劣,信道是多径、时变的,从而使无线信号在短时间或短距离传播后幅度快速衰落,即产生一定尺度衰落现象。下面以移动通信为例说明无线信道特性：由于无线信道中各种反射物的存在,导致信号幅度、相位以及时间的变化,这些因素使发射波到达接收机时,形成在时间、空间上互相区别的多个无线电波,形成多径传播效应。

为什么要研究物理层安全技术？（重要性）

无线物理层安全主要解决两个问题：身份认证、数据加密

那么身份认证来讲，那我们要尝试的去提取一个叫做设备指纹的这样的一个东西。那么从这个传输加密来讲，我们要去提取信道的传输特性。

我们来看下面这张图。这张图里面有两个通信者，一个是Alice，一个是 Bob 。Alice和 Bob 它都有自己的发送电路和接收电路，双方通过无线信道进行通信。一个数据从Alice这边发送出来以后，它经过编码调制，到发送电路，发送电路包括滤波器、功放、发送滤波器等等，包括天线等等，这些构成了一个发送电路。那么发送电路我们知道它是由原电子元器件来实现的。那么这些电子元器件就会有它的制造的偏差，还有工艺偏差。那么这种偏差就会产生一种特性，这种特性就是跟这个发生通信的设备相关的一种特性。我们把这个特性把它叫做设备指纹，或者在对无线来讲，我们把它叫做射频指纹，这个射频指纹我们可以用来作为爱丽丝或者Bob的身份。

另外就是传输信道，由爱丽丝发往Bob的这个信号，它会经过一个信道，这个信道我们把它叫作多径的衰落信道。那么这个 Bob 往这个把信号回给爱丽丝的时候，它也会有一个信道，这两个信道叫做下行和上行信道。那么这两个信道它有很好的互异性（在一定条件下比如说TDD ， FDD 条件下），我们通过算法去把这种互异性提取出来。所谓互异性就是上行信道和下行信道相有一部分信道特应该是相同的。我们把这一部分相同的信道特性提取出来。然后我会以通信的双方去生成一段对称密钥。所以我们这次对这对称密钥是利用这个信道的特性来生成的，不是人工去给他们的，这是根据信道的这个无线信道的传输特性来生成的。所以什么这个密钥只跟信道传输特性有关系。那而这个新的传输特性只跟这个当时通讯双方所处的环境有关，所以这个环境除了他们两个知道是没有别人知道的，所以他这个传输特性是非常的安全。

所以就是通过对信道特性的提取， Alice 和 Bob 就获得了一对对称密钥。那这样有了对称密钥，我们就可以用加密算法去加密他要发送的数据。那么这两个人之间因为有有了有了相同的密钥，那也就可以两边做安全通信了。所以这是我们整个物理层安全技术他要解决的问题，一个是设备的指纹，一个是这个信道的传输特性。有了这两个东西以后我们可以实现安全通信了。