[发明专利]一种新的物理层加密与认证协作安全方法

说明书

本发明提出了一种新的物理层加密与认证协作安全方法，解决了加密技术抵抗差分攻击的能力依靠密钥的快速更新这一问题；在发送端，利用密钥和信息的数字特征通过hash函数生成加密序列，利用加密序列对信息进行作用，加密序列会在密钥不变信息改变的时候发生巨大改变，且加密前后信息的数字特征不变；接收端可在解密前利用收到的信息的数字特征和密钥再生解密序列，并利用其解密；极大的减少了密钥更新的需求，减少了密钥生成和分发的速率要求和开销。本发明认证所需的数字的标签生成既不依靠密文本身也不依靠明文本身，而是使用和生成加密序列时相同的信号数字特征，密钥和hash函数，实现了更好的协作，即协作实现物理层安全，防窃听、防攻击。

技术领域

本发明涉及通信安全技术领域，特别是指一种新的物理层加密与认证协作安全方法，在物理层防止窃听和攻击，防止非法接收端获得合法发送端发送的信息，防止非法发送端发送的虚假消息被合法接收端接收处理。

背景技术

现有物理层加密技术和认证技术是相分离的，加密技术的重点在于密钥的生成与分发，通过密钥和信息进行异或、旋转等运算进行加密，只有在“一次一密”的情况下，才能有效地抵抗差分解密。现有的技术有基于信道状态信息的密钥生成、基于混沌系统的密钥生成、量子密钥分发等。这一现状对密钥的更新维护、生成和分发提出了较高的要求。认证技术是信号接收端基于设备特征、基于信道、基于叠加数字标签等方法对收到的信号进行分析，分析信号是否是来自合法发送端。基于设备特征和信道的方法需要高精度的探测仪器，基于叠加数字标签的方法(通过把信息和密钥输入hash函数可得不可否认的唯一输出，把标签作为次要信号叠加到消息信号上)要进行信号和标签同时检测，或先检测信号而标签作为残差信号检测。除此之外，认证是通过对比检测到的标签和利用接收到的信号与密钥重新生成的标签，若两者差距足够小，就认为信息来源合法，否则，非法。这一过程中先进行检测信号无法避免。

发明内容

针对现有加密技术抵抗差分攻击的能力依靠密钥的快速更新的技术问题，本发明提出了一种新的物理层加密与认证协作安全方法，不直接利用密钥与信息本身的作用，而是利用密钥和信息数字特征通过hash函数生成加密序列，利用加密序列对信息进行作用，加密序列会在密钥不变信息改变的时候发生巨大改变，且加密前后信息的数字特征不变，且接收端可在解密前利用收到的信息的数字特征和密钥再生加密序列，并利用其解密；非法用户不知道密钥，就不能解密，且加密序列随信息本身改变，可抵抗差分解密，极大的减少了密钥更新的需求，可以减少密钥生成和分发的速率要求和开销。认证所需的数字标签采用和加密序列相同的生成方法和输入，同时嵌入方式不再通过叠加的方式，而是功率分配，如此便可以使标签的检测独立于信号的检测，提高系统效率，增加认证和加密的协作性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种新的物理层加密与认证协作安全方法，其步骤如下：

步骤一：在发送端，从输入信号中提取相位特征f，并将相位特征f和密钥k作为hash函数的输入，生成数字标签t_a和加密序列t_e；

步骤二：利用加密序列t_e对信号进行加密，并对加密后的信号进行数字标签的嵌入，获得发送端发出的信号x；

步骤三：发送端发出的信号x经过无线信道传输后到达接收端，接收端收到信号y，其中，y＝hx+n，h为信道增益，n为噪声；

步骤四：在接收端，从信号y中提取数字特征的估计值以及检测到的检测标签

步骤五：利用估计值和密钥k重新生成认证标签和解密序列并比较认证标签与检测标签的差距，若相差较大，丢弃信号y，重新待机；否则，信号y通过了认证，执行步骤六；

步骤六：利用解密序列对信号y进行解密操作获得明文。