[發明專利]一種基于射頻指紋圖像加擾的物理層安全通信方法

在審

• 申請號: 202110228359.4
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112996001A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 胡蘇;吳薇薇;高原;林迪;曹江;尹峻松;王雙雙
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;中國人民解放軍軍事科學院戰爭研究院
• 主分類號: H04W12/79
• 分類號: H04W12/79;H04L29/06
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發明提供了一種基于射頻指紋圖像加擾的物理層安全通信方法，屬于通信技術領域，本發明通過在物理層將射頻原始信號的比特流與其射頻身份圖像進行合并，進而加強接收端與發送端之間通信的保密性，在IQ比特流的基礎上，由原始頻譜圖像和對抗樣本的擾動合成射頻身份圖像。為了緩解射頻指紋被故意干擾的問題，本發明通過在物理層將射頻原始信號的比特流與其射頻身份圖像進行合并，進而加強接收端與發送端之間通信的保密性。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，尤其涉及一種基于射頻指紋圖像加擾的物理層安全通信方法。

背景技術

隨著物聯網的快速發展，傳感器、移動設備和控制器生成的大量數據極大地促進了制造流程、數據分析和決策過程。CISCO公司估計，到2021年將在通信系統中連接超過250億臺設備。但是由于物聯網的固有性質，接入網絡的設備暴露于不受信任的環境中時，很容易受到惡意攻擊。因此，物聯網的安全問題被認為是工業界和學術界關注的熱點，其中涉及到的身份驗證尤為重要。

在此背景下，各種身份認證方法層出不窮，其用于增強物聯網系統的安全性，以確保機密信息只能由無線網絡中的授權用戶訪問。但目前大多數身份認證的方法建立于通信協議的上層(例如在網絡層)；傳統的身份驗證方案主要用于驗證用戶或設備的身份，保證數據的完整性，并確保信息的機密性。傳統的驗證方法包括黑白名單、密碼、安全證書、數字簽名等，但這些方法卻會使物聯網系統面臨風險和危害。例如，黑名單或密碼很容易被偽造或攻擊，因此將黑名單或密碼實現為特定無線通信網絡的身份驗證方法并不可靠。另外，如果沒有包含數字證書的額外物理設備，則幾乎無法實現安全證書；但是額外的物理設備不僅可能導致財務和人力資源損失，而且還會對物聯網系統的數據業務流產生負面影響。最后，數字簽名則容易受到惡意的中間人攻擊，例如復制和更改IP地址。

為了解決以上提及的問題，近年來，一種新興的用戶身份驗證方法(即射頻指紋技術)已受到越來越多的研究關注。它通過在物理層的移動設備的獨特特征來識別移動設備，從而作為一種較為有效的安全憑證。在典型的物聯網場景中，例如，智能家居或車輛互聯網場景中，無線通信網絡中的多個用戶設備會傳輸大量的信號。從這些信號中提取的射頻指紋特征可以進行處理和分析，以進行用戶訪問控制和安全身份認證。具體來說，物聯網設備的固有特征主要包括振蕩器的頻率偏差、相位噪聲、功率放大器的非線性失真、濾波器失真等。射頻指紋反映了發射器設備的本質特征，因此與在網絡層實現的身份驗證相比，物理層上的射頻指紋識別對于驗證發射器設備的身份更為可靠。然而一些研究人員已經意識到，基于物理層的傳輸信號仍然會受到故意和惡意的干擾，這會導致對特定設備的射頻指紋的錯誤識別。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種基于射頻指紋圖像加擾的物理層安全通信方法，緩解射頻指紋被故意干擾的問題。

為了達到以上目的，本發明采用的技術方案為：

本方案提供一種基于射頻指紋圖像加擾的物理層安全通信方法，包括以下步驟：

S1、根據發射端射頻原始信號的IQ比特流，利用快速傅里葉變換，生成發射端的原始頻譜圖；

S2、利用對抗樣本原理對所述原始頻譜圖進行加擾處理，得到加擾后的身份指紋圖像；

S3、通過發射端將加擾后的身份指紋圖像與射頻原始信號的IQ比特流進行合并，并通過信道傳送至接收端，同時運用信道估計進行去噪處理；

S4、在接收端進行基于指紋圖像的身份認證，完成基于射頻指紋圖像加擾的物理層的安全通信。

本發明的有益效果是：本發明為了緩解射頻指紋被故意干擾的問題，本發明通過在物理層將射頻原始信號的比特流與其射頻身份圖像進行合并，進而加強接收端與發送端之間通信的保密性。

進一步地，所述步驟S2包括以下步驟：

S201、利用對抗樣本算法對所述原始頻譜圖進行加擾處理，得到加擾后的身份指紋圖像；