无线网络具有不受地理位置限制、覆盖范围广、易于部署等优点,在各领域的应用越来越广泛。同时,无线网络的开放特性也使它面临严峻的安全问题,如窃听、干扰、假冒、篡改等。攻击者利用各种手段对通信进行破坏,严重威胁网络的安全性。基于无线信道特征的物理层安全方案,为保障无线通信的安全提供了一种新的解决方法。无线信道的随机性、时空唯一性、短时互易性和不可预测性,决定了它可以作为随机信号源用来提取密钥,也可以用于身份认证、抗干扰攻击等,实现安全增强。本文在学习掌握信息安全理论和国内外研究现状的基础上,研究利用无线信道特征提取密钥及进行安全增强的相关技术。主要研究工作如下:(1)对基于无线信道特征提取密钥过程中的量化算法进行研究,总结、分析现有量化算法的优缺点。针对带保护间隔的量化(Channel Quantization With Guard-band,CQG)算法删除特征值较多,导致密钥生成速率较低的问题,提出了一种基于CQG算法的改进算法。改进算法与CQG算法的不同之处在于,CQG算法将保护间隔内的特征值全部删除,而改进算法根据通信双方交换的位置索引信息,保留保护间隔内量化结果一致的特征值,改进算法通过减少删除的特征值来提高密钥的生成速率。(2)提出了将量化与信息协商综合分析的思想。在密钥提取过程中量化和后续的信息协商是紧密相关的,但现有的密钥生成方案将两阶段分开研究,没有分析整体的性能。本文将提出的改进量化算法与信息协商相结合,通过实验仿真验证方案的整体性能。实验结果表明:两阶段相结合,密钥不一致率降为零时,改进算法总密钥生成速率明显提升,并且生成的密钥能够通过NIST随机性测试,满足安全性要求。(3)为了抵御无线网络中的干扰攻击,提出了一种基于无线信道特征的信道切换方案。通信双方以无线信道作为随机信号源,产生随机信道切换序列控制信道的切换。在现实环境下设计实验,从信道协商一致率、信道选择分布及安全性方面验证方案的性能。实验结果表明:当初始密钥不一致率低于4%时,信道协商一致率达到95%以上,并能实现信道选择等概率分布,同时能够保证安全性。