物理层加密通信系统的研究

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无线通信网络已经在各种行业领域中得到了越来越广泛的应用,由于无线通信固有的开放性和广播性,数据在传输的过程中容易遭到窃听,因此需要对传输数据加密。传统的保密方案是在数据链路层或应用层对数据做加密处理,然而随着硬件技术的飞速发展,传统加密方案已经无法保证的通信的安全性。物理层加密技术是一种全新的安全通信技术,它能克服传统加密算法和新型的物理层安全技术的缺点,在物理层对比特数据作加密和解密运算,本文的主要工作如下:1.针对基于物理层加密技术的通信系统中所用到混沌种子的生成方式,用无线物理层密钥生成技术来生成混沌种子。通过Intel 5300网卡和csitools工具测量收集实际通信环境中的CSI数据,并用一个自适应量化器把收集到的CSI数据转换成二进制比特流;比特流经过信息调和、隐私放大后即为密钥序列;最后从随机性、密钥生成速率、密钥失配率对生成的密钥序列进行评估。2.提出了一种对数字调制符号进行随机密钥加密的物理层安全通信方案。通信双方利用同步的混沌序列和二级分组交织器,生成复随机变量(随机密钥)。在发送端,调制符号与复随机变量相乘(加密),以模拟信道的瑞利衰落;在接收端,接收到的信号与复随机变量相除(解密),再解调。仿真表明,合法用户的误比特率与瑞利衰落信道下的理论值一致;而窃听方的误比特率约为0.5,无法窃取信息。3.提出了一种基于调制符号相位伪随机变化的物理层加密技术。合法的通信双方利用信道的随机特性和互易性生成混沌种子并代入至映射方程中生成混沌序列,发送方用生成的混沌序列来生成调制符号的旋转角度,将相位变化后的调制符号发送给接收方;接收方则用通过混沌序列产生的旋转相位来恢复调制符号的相位,并解调。仿真的结果表明合法用户的比特误码率(Bit Error Rate,BER)与理论推导得出的结果一致;而窃听方的BER在0.5左右。
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