【摘 要】
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认证是安全通信的关键环节,因为它在提供可靠通信,防止恶意用户访问网络和维护消息完整性等方面发挥着重要作用。目前,基于物理层水印机制的认证方案大多需要预发共享密钥。在大规模物联网的应用场景中,通信节点频繁的接入与离开无线网络,这将导致密钥的分发和管理愈发困难。再者,现有物理层水印的研究很少考虑到通信系统的设计与认证标签的嵌入方式。因此,针对这些问题,提出了一种基于标签且无需分发密钥的认证方案。然后利
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认证是安全通信的关键环节,因为它在提供可靠通信,防止恶意用户访问网络和维护消息完整性等方面发挥着重要作用。目前,基于物理层水印机制的认证方案大多需要预发共享密钥。在大规模物联网的应用场景中,通信节点频繁的接入与离开无线网络,这将导致密钥的分发和管理愈发困难。再者,现有物理层水印的研究很少考虑到通信系统的设计与认证标签的嵌入方式。因此,针对这些问题,提出了一种基于标签且无需分发密钥的认证方案。然后利用星座抖动的标签嵌入方式将认证框架拓展到了多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）通信系统中,并通过空时分组编码（Space Time Block Coding,STBC）技术进一步提高了系统的传输效率与可靠性。具体而言,合法通信节点首先利用它们之间互易、随机且唯一的信道状态信息生成共享密钥,然后通过哈希算法将密钥和消息信号耦合生成认证标签。为弱化信道噪声和生成密钥差异的影响,设计了一种具有容错性的哈希算法。利用信息论和复合假设检验等理论对认证方案的鲁棒性、隐蔽性、安全性进行了分析,并讨论了三者之间的权衡。安全性分析表明该方案可以抵御重放、干扰、篡改和冒充等多种攻击方式。仿真显示在信噪比为10dB时,经过小波去噪后生成密钥的比特一致率高达96%。在特定虚警率为1%,标签噪声比为1dB的情况下,窃听者的攻击成功率远低于密码学的攻击成功率下限。基于星座抖动描述了两种不同的标签嵌入方案,一种是应用统一标签嵌入方法的星座图旋转方案,一种是改进的星座图转换方案。分析了MIMO-STBC系统中两种嵌入方案的消息与标签信号的错误性能以及接收方的认证检测性能。此外,还讨论了消息和标签信号之间的功率分配来表征两者之间错误性能的权衡。仿真结果表明,在相同的信号标签功率比下,与单输入单输出系统相比,利用MIMO与STBC多天线分集与时空编码技术显著降低了消息与标签信号的误码率,提高了接收方认证标签的检测率。图20幅;表2个;参60篇。
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