[发明专利]基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法及系统

说明书

本公开涉及一种基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法，是包含发射端和接收端的无线通信系统的物理层认证的隐蔽性分析方法，其特征在于，包括：发射端基于单比特隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，标记信号包括认证信号和信息信号，在单比特隐蔽性协议中，令信息信号的能量分配因子在间隔时间段内保持固定且为优化值；接收端接收标记信号，基于单比特隐蔽性协议，对标记信号进行处理，获得保密认证概率；基于接收的信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率、隐蔽认证拒绝概率；并且基于保密认证概率、认证请求传输概率、隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级。

技术领域

本公开涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法及系统。

背景技术

随着无线设备的快速普及，对发射器认证的需求也急剧增长，物理层认证与基于上层密码工具的传统认证技术相比具有两个主要优势：首先，物理层认证通过允许非法接收方仅对其进行噪声观察来保护标签，从信息论的角度来看是相对安全的。其次，物理层认证使得合法的接收方能够快速的区分合法发射段和非法发射段，无需完成更高层处理。物理层设计的认证方案通常可以分为被动形式和主动形式两大类。

本文重点研究主动式，在发射端的消息信号中嵌入认证信号，然后在接收段处提取认证信号。常见的现有技术有：(1)使用时分多路复用方法将认证信号附加到数据上，但这需要额外的传输时间，并且容易将认证信号暴露给非法接收端，因为认证信号具有与消息信号相同的信噪比(SNR)；(2)对于OFDM系统，通过根据认证信号在子载波上重复某些消息符号来产生环路平稳签名，这浪费了消息吞吐量；(3)频率偏移根据认证信号进行修改，然而，每秒传输的认证信号的比率相对较低；(4)对于预编码的双二进制信令系统，根据认证信号修改某些初始位，这种方案使得未知的接收段恢复消息信号具有挑战性，违背了隐蔽性的要求。

当前使用最广泛的认证技术是认证叠加(Auth-SUP)技术，认证叠加技术能够通过软件无线电平台提供和分析实验结果。通过分析，认证叠加技术可以在一定程度上克服上述四种现有技术的缺点，满足有效认证技术的要求。

然而，有效的物理层认证技术通常需要同时考虑安全性，鲁棒性和隐蔽性。具体而言，安全性通常是指非法接收端不能通过各种攻击(包括干扰攻击，重放攻击和模拟攻击)轻易地破坏身份认证；鲁棒性通常是指在随机衰落环境中存在传输，认证方案能够抵抗信道衰落和噪声影响；隐蔽性通常是指接收段在不知道认证方案的情况下，不能够检测到认证信号是异常的。尽管现有的技术已经提出了一个通用的物理层认证框架来综合评估安全性和鲁棒性，但是在隐蔽性方面，由于其多样性和复杂性，现有技术对隐性水平缺乏量化分析，还有很多改善的余地。

发明内容

本公开是有鉴于上述的状况而提出的，其目的在于提供一种能够更好评估请求延迟和隐蔽性能的基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法及系统。

为此，本公开的第一方面提供了一种基于单比特隐蔽性协议的物理层认证方法，是包含发射端和接收端的无线通信系统的物理层认证方法，其特征在于，包括：所述发射端基于单比特隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，所述标记信号包括认证信号和信息信号，在所述单比特隐蔽性协议中，令所述信息信号的能量分配因子在间隔时间段内保持固定且为优化值；所述接收端接收所述标记信号，基于所述单比特隐蔽性协议，对所述标记信号进行处理，获得保密认证概率；基于接收的所述信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率；并且基于所述保密认证概率、所述认证请求传输概率和所述隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级。

在本公开中，所述发射端基于单比特隐蔽性协议发射标记信号，所述接收端接收所述标记信号，基于单比特隐蔽性协议经过处理获得保密认证效率(secrecyauthentication efficiency，SAE)。其中，所述单比特隐蔽性协议规定标记信号中的信息信号的能量分配因子在间隔时间段内保持固定且为优化值。在这种情况下，基于单比特隐蔽性协议和用于物理层认证的衡量指标——保密认证效率(SAE)，能够更好评估隐蔽等级。