[發明專利]一種基于波束模式的射頻指紋方法

在審

• 申請號: 202210835170.6
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115114961A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 王寧;魏薏橋;向濤;李衛衛;郭尚偉;何家玲;劉高
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 重慶青飛知識產權代理有限公司 50283
• 代理人: 彭啟龍

本發明涉及一種基于波束模式的射頻指紋方法，該方法利用IEEE802.11ad協議提取毫米波設備的波束模式軌跡特征構建可區分單個設備的毫米波射頻指紋，包括以下步驟：S1：提取毫米波設備的波束模式軌跡信號特征；S2：基于提取的毫米波設備波束模式軌跡信號，采用孿生網絡模型對基于波束模式軌跡的射頻指紋進行學習和訓練；S3：訓練樣本訓練好識別模型之后，利用模型對未知指紋信號進行測試識別，并判斷新接入的通信設備是否是之前已經被記錄的合法設備，從而實現射頻指紋識別。本方法無需復雜的信號處理或特征提取，無需高端信號分析儀及額外的硬件支持；不需要考慮不同的距離和方向，還可以潛在地轉移到其他毫米波通信網絡，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于射頻指紋技術領域，涉及一種基于波束模式的射頻指紋方法。

背景技術

射頻指紋識別是一種物理層安全認證方法，區別于傳統的密碼和對等協議認證，射頻指紋是通過發射機硬件差異在信號中的表現不同來對發射機設備進行識別的一種方式。發射機的硬件差異主要體現在本振信號的IQ不平衡，非線性功率放大，濾波器和直流偏執等差異。由于這種差異不可更改，是屬于硬件本身的屬性，因此相比密碼認證方式更加安全和可靠。目前隨著IOT設備的連接數爆炸式增長，針對于比較廉價的低端設備，這種差異會更加明顯，哪怕是同一家廠商的同一批設備之間也會有硬件的差異。利用射頻指紋進行安全認證接入是一個具有研究價值的課題和方向。

現有射頻指紋技術主要包括：(1)基于無線信道的指紋識別：采用了位置特征，如接收信號強度(RSS)，信道頻率響應(CFR)，信道脈沖響應(CIR)，通常用于靜態場景。(2)基于硬件的指紋：采用了由發射器硬件精度上的微小差異性，如載波頻率偏移、調制偏移。現有技術目前存在以下局限性：基于信道的指紋識別技術難以克服共位攻擊，也就是當攻擊者距離合法發射機非常近時，這種基于位置的指紋技術區分不同設備的效果將非常差；基于硬件的指紋識別中，大多數現有的基于硬件的指紋識別方案需要高端分析儀或軟件定義的無線電設備來提取高精度的設備相關信號特征。這意味著額外的硬件部署開銷或更高的硬件要求，這在現有物聯網設備中很難實現。

因此，在物聯網設備的識別和認證技術方面，目前急需一種不依賴額外高端信號分析設備可以克服共位攻擊的射頻指紋技術。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于波束模式的射頻指紋方法，該方法基于毫米波通信過程中多天線波束模式的掃描過程呈現的信噪比軌跡具有設備獨特性和長時間穩定性，利用IEEE 802.11ad協議提取毫米波設備的波束模式軌跡特征構建可區分單個設備的毫米波射頻指紋，從而實現射頻指紋識別。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于波束模式的射頻指紋方法，該方法利用IEEE 802.11ad協議提取毫米波設備的波束模式軌跡特征構建可區分單個設備的毫米波射頻指紋，具體包括以下步驟：S1：提取毫米波設備的波束模式軌跡信號特征；S2：基于提取的毫米波設備波束模式軌跡信號，采用孿生網絡模型對基于波束模式軌跡的射頻指紋進行學習和訓練；S3：射頻指紋識別：利用訓練樣本訓練好識別模型之后，利用模型對未知指紋信號進行測試識別，并判斷新接入的通信設備是否是之前已經被記錄的合法設備，從而實現射頻指紋識別。

進一步，在步驟S1中，利用IEEE 802.11ad協議過程中多次波束模式的掃描過程提取波束模式軌跡信號，具體包括：

將用于分類的反向傳播神經網絡訓練視為一個最小化問題，即尋找最佳權重W_B1、W_B2和W_B3、以及偏差B_B1和B_B2，即：