[发明专利]一种基于多载波传输的物理层认证方法

说明书

本发明公开了一种基于多载波传输的物理层认证方法，该方法基于多载波传输，把信道看作是一组M个并行的衰落子信道，利用子信道的相位响应的互易性和随机性对通信双方进行身份验证。该方法的实施步骤包括：Alice向Bob发送激励信号，在Bob接收到激励信号后，测量出多载波信道的相位差，然后Bob发送一个封装有共享密钥的信号给Alice，Alice就要根据其接收到的信号和共享密钥验证该信号是否来自于Bob。该方法的认证过程利用了信道相位响应的特性，并且有效地抵抗了干扰攻击、重播攻击、伪装攻击等各种欺骗攻击。

技术领域

本发明涉及一种基于多载波传输的物理层安全认证方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着无线通信的飞速发展和基于移动终端业务的增长，无线网络的安全问题备受关注。由于无线通信链路的开放性为非法用户攻击提供了一些新的途径，使通信系统存在很大的安全隐患，很容易被非法用户窃取到有用信息。传统的信息安全通信主要是以密码学为基础的相关加密技术，由于密钥的长度是有限的，并且随着计算机技术的快速发展，计算机的运算能力飞速提升，对于这种加密方法是可以通过猜测、试验进行大量运算进行解密的。并且从开放系统互连(OSI)模型的角度看，传统无线通信系统中的信息安全技术主要集中于网络层及其以上各层，没有充分利用无线信道物理层的特性，因此只靠传统的密码安全机制和安全协议来保证通信系统的安全是无法令人满意的。

认证是无线通信系统的信息安全基础，它保证通信双方是其所声称的身份，防止非法用户的接入与访问。基于物理层之上的认证一般采用密码安全机制与安全协议实现，而密码安全机制存在密钥泄露的风险，安全协议通常存在安全缺陷，所以没有物理层认证这层保护网，无线通信系统的安全性存在着一定的隐患。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于多载波传输的物理层认证方法，该方法是利用多载波信道相位响应的互易性和随机性，实现通信双方身份的认证，并且是在物理层对通信双方的身份相互认证，该特定域信息能够加强通信的安全性。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于多载波传输的物理层认证方法，该方法基于物理层上的多载波传输，利用多载波信道相位响应的独特性，通过子载波相位差调制，对通信双方进行单向或者双向认证，达到保证通信安全的目的。

方法流程

本发明的Alice向Bob发送一个激励信号，在Bob接收到激励信号后，对子载波信道相位进行检测，测量出子载波间的相位差，然后Bob反馈给Alice一个封装有共享密钥的响应信号，最后Alice根据接收到的信号和共享密钥进行安全认证。具体包括如下步骤：

步骤3：认证；在认证的过程中，Alice要鉴权对方的身份是否合法，本发明在两种假设验证条件下来寻找用于判决的阈值τ，假设条件如下：

H₁:k_t＝k

H₀:k_t≠k

令η＝k^Ty，ζ＝|η|，k为Alice和Bob的共享密钥，k_t为从Bob获得的密钥，通过比较ζ和阈值τ的大小判决对方是否为合法用户。

步骤4：阈值τ的选择和认证准则；在步骤3的假设验证条件下，先根据包络ζ＝|η|的分布函数和错误警告概率α确定阈值τ，再根据其概率密度函数比较包络ζ和阈值τ的大小关系，若ζ≥τ则为合法用户。

本发明在信噪比5dB时，具有很好的认证性能。

本发明是基于多载波传输，将信道看作是一组M个并行的衰落子信道，利用子信道相位响应的互易性和随机性，对通信双方进行双向认证。