[发明专利]基于时变信道多径延迟特征的无线物理层认证方法

说明书

本发明涉及一种基于时变信道多径延迟特征的无线物理层认证方法。根据无线通信环境，由时域信道得到时变信道的多径延迟特征，将其作为初始参考值。根据多径延迟特征设置信道阶数值和动态误差值，将参考值划分为基准值和校准值。通过时变信道多径延迟特征检测，将新的多径延迟特征与参考值对比，在判定误差值范围内，认为收到的消息是合法的认证成功，否则是不合法的认证失败。并将相同的延迟特征作为基准值的扩展，不同的延迟特征为校准值的扩展，并更新信道阶数。如此下去，实现基于时变信道多径延迟特征的无线物理层认证。本发明提高了无线通信环境中终端处于移动状态下的认证效率。

技术领域

本发明涉及一种无线传输领域的安全认证方法，具体是利用无线信道多径延迟的动态变化特征进行物理层认证。

背景技术

物理层认证技术利用信道的物理特征进行身份认证，逐渐成为研究的热点。其区别于传统的算法加密的认证技术，利用信道时变性、互异性和唯一性的天然特性进行身份认证，能很好的辅助传统认证，解决模仿攻击的问题，并与上层技术融合无需增加额外开销。

对现有技术文献检索发现，一般方法采用对信道时域响应进行估计后嵌入水印标签，再通过假设检验条件来判断认证是否成功。该方法虽然能对用户进行身份认证，但还需要在传输中嵌入水印加密信息，进行复杂的运算处理，一般适用于固定的传输环境，并且这种方法没有充分利用无线信道的物理特征。在实时变化的通信环境中，由于用户位置的改变计算开销将会增大，误码率升高，这种嵌入水印标签的认证方法不再适用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提出一种基于时变信道多径延迟特征的无线物理层认证方法。当用户位置发生变化时，利用时变信道多径延迟的动态变化特征进行身份认证，提高在移动无线通信环境中的认证效率。

为了解决以上问题，本发明采用了如下技术方案：

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用复杂度较低的基于多径延迟特征检测的方法来进行时变信道下的无线物理层认证。在发送端到接收端的无线信道中，由于反射、折射和散射的影响，信息沿多条路径传输，收到的信息是每条路径信息经过时延、衰落和相移后的集合。其中各个路径延迟信息特征τ_l构成的集合称之为多径延迟，记为τ＝[τ₁，τ₂，τ₃...τ_L]；τ_l所处的路径记为a_l，多径延迟对应的路径集合为a＝[a₁，a₂，a₃...a_L]。根据通信系统中时域信道提取出时变信道的多径延迟信息。设置初始参考值，信道阶数值和动态误差值。根据时变信道多径时延的特征可将初始参考值划分为基准值和校准值。通过特征检测的方法对新的时变信道多径延迟信息与参考值对比，如果检测的多径延迟特征和信道阶数联合计算得到的多径时延特征相似度在判定阈值允许的范围内，认为收到的信号是合法用户发出，否则是不合法用户发出。并将检测到的相同的延迟特征作为基准值的扩展，不同的延迟特征作为校准值的扩展，加入到参考值中，丢弃掉参考值中旧的基准值和校准值，并将信道阶数更新为匹配到的多径延迟特征个数。如此下去，实现基于时变信道多径延迟特征的无线物理层认证。

以下对本发明作进一步说明，基于时变信道多径延迟特征的无线物理层认证方法具体步骤如下：

1)在安全通信环境下，对时变信道进行时域估计得到初始多径延迟信息，将其作为初始参考值，记为τ_A。根据多径时延动态特征设置初始信道阶数H，动态误差δ，并将初始参考值划分成基准值τ_A1和校准值值τ_A2。

2)第K个时刻收到一个符号对其进行身份认证。由时域信道得到该时刻信道的多径时延信息τ_K。