[发明专利]一种基于无线信道特征的内生安全通信方法

说明书

本发明提供的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法，包括：提取发送设备的射频指纹，作为身份密钥；提取信道特征，作为信道密钥；基于身份密钥、信道密钥生成发送端的物理层种子密钥和接收端的物理层种子密钥；根据生成的种子密钥对应产生密钥流sA和sB；发送端利用密钥流sA对调制后信号进行物理层加密并发送，接收端利用密钥流sB对接收信号进行验证；若验证成功，则进行物理层解密；否则，报错并重新进行身份认证。本发明提供的内生安全通信方法，利用无线信道特征中射频指纹的唯一性，基于无线信道随机性、唯一性以及等内在属性实现内生安全通信，将认证、加密与传输融为一体，增强了信道整体的防御效果，提高了安全性能，提高了信息安全处理效率。

技术邻域

本发明涉及安全通信技术邻域，更具体的，涉及一种基于无线信道特征的内生安全通信方法。

背景技术

由于无线信道的开放性、节点终端的移动性以及网络拓扑结构的动态变化，令现有的无线通信网络面临严峻的安全挑战。目前，无线通信网络安全业务主要包括访问控制、实体认证、数据来源认证、数据完整性、机密性、不可否认性、安全响应和安全性审计等，因此需要从认证、加密和传输三个功能对无线通信安全问题进行阐述。

首先，认证一般通过安全协议进行，实际系统通过安全协议实现通信双方之间的认证、密钥及其他秘密的分配、发送和接收信息不可否认性的确认等，其中所采用的安全协议为认证协议。认证协议的实现是基于密码机制，即如果通信一方声称知道某个秘密，则另一方据此验证其声称的身份。无线网络环境中，通信双方如何安全地建立回话密钥是认证协议的关键，是安全通信的基础。

其次，加密是通过密码机算法的私密性和初始分发密钥的私密性，利用计算复杂度，保证密码流的安全性。现有加密方式主要包括公钥/私钥加密体制和量子加密。目前量子加密主要功能是量子密钥分发，它是利用量子的纠缠态分发密钥，通信的双方分别持有纠缠的量子，然后通过随机改变量子的状态，通信双方通过对量子状态的测量产生并分享一个随机的密钥。

最后，传输一般是指信号传输。为了实现信息的抗截获、抗干扰传输，传统的做法主要有：跳频、扩频、混沌等。这些做法可以从噪声(干扰)的再利用角度去考虑分析。如跳频调制，可以从噪声抑制的角度去分析；扩频调制则可以看作是噪声掩盖技术；混沌调制利用类噪声混沌序列的随机特性来隐藏信号。

一般的认证、加密和传输三种手段虽然从功能上实现了一定程度的安全效果，但是仍然存在以下问题：

(1)三者独立去实现无线通信网络安全，容易受到攻击。换个角度来看，逐个功能进行攻击所需的代价要远小于所有功能进行攻击。比如，“中间人”认证攻击在物理层进行，但是上层却无法察觉并予以预防；

(2)无线信道的开放性是无线通信网络安全问题的根源。从安全角度来看，认证的目的是身份验证，加密的目的是信息保护，传输的目的是信号隐蔽。认证和加密如果脱离信道去实现的话，必然容易受到信道层面的攻击。比如，侧信道攻击就可以加速密码破译。因此，脱离问题的根源去解决问题，一方面效率低下，另一方面特别容易受到攻击；

(3)认证和加密都是基于密钥的安全管理与分发为前提的，但随着无线通信网络节点数目的剧增，密钥的安全管理与分发面临巨大挑战。

发明内容

本发明为克服现有的通过认证、加密和传输三种手段实现的安全通信方法，存在无法实现全面保护、实现效率低下且保护力度不够的技术缺陷，提供一种基于无线信道特征的内生安全通信方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于无线信道特征的内生安全通信方法，包括以下步骤：

S1：提取发送设备的射频指纹，作为身份密钥K；

S2：提取信道特征，作为信道密钥K_z；