静态场景下基于RIS天线的物理层密钥生成方案

针对静态环境下密钥容量低的问题,首次将RIS天线配置在基站设备端用于密钥生成,通过捷变控制RIS单元相移变化,生成随机快变波束,并与原通信信道合并构成新的等价通信信道,从而使密钥容量不受制于自然信道变化速度.然后推导了该方案下密钥容量闭式解,理论分析及仿真表明使用有限单元即可达到与快变信道环境下同等性能,相较于RIS作...     

非完美信道估计条件下多比特量化无线密钥生成性能分析

针对无线密钥生成过程中的信道估计误差导致信道测量参数互易性差,严重影响通信双方生成密钥一致性的问题,提出了非完美信道估计条件下多比特量化无线密钥生成方案。首先,建立信道估计误差模型,研究非完美信道估计对无线密钥生成的影响,然后设计添加保护带的多比特密钥量化器,通过优化量化参数改善无线密钥性能。推导得到了密钥不一致率（KDR）和有效密钥速率（EKGR）的闭式表达结果,并揭示了导频信号功率、量化阶数和保护带与以上两个密钥性能指标的关系。仿真结果表明：增大发送导频功率可以有效降低密钥不一致率,提高量化阶数可以提升密钥生成速率但KDR也随之升高,增大量化阶数同时选择合适的保护带大小可以有效降低KDR。     

基于侧边协作系统的物理层密钥生成方案

传统侧边协作系统下用于生成密钥的信道特征值是协作信道与直接信道的乘积,这种方案的密钥生成速率较低。为提高密钥生成速率,提出利用两个独立信道的信道特征之和来生成密钥。在前两个时隙,合法通信双方通过信道探测,获得其直接信道的信道状态信息。在后两个时隙,合法双方分别获得各自与协作信道之间的信道状态信息。最后利用直接信道与协作信道的和作为随机密钥源。基于侧边协作系统,分两种情况介绍该方案：单个侧边协作节点,单个双向协作节点。仿真结果表明,该方案可以获得更高的密钥生成速率,并且随着SNR的增加,该方案泄露的信息量趋向于一个常数。     

无线平坦衰落信道的密钥生成速率研究

针对传统窃听信道模型中假定合法信道完全互易、窃听方只处理合法双方一方信号的问题,对传统的窃听信道模型进行了改进.一方面引入相关系数ρ0来刻画合法信道的互易程度,另一方面考虑窃听方能够获取并利用合法双方的信息.在此基础上,推导得到了密钥生成速率的解析表达式,并对影响密钥生成速率的因素进行了仿真分析.仿真结果表明,密钥生成速率随合法信道的相关系数ρ0、信噪比γ的增大而增大,随合法信道与窃听信道之间的相关系数ρ1、ρ2的增大而减小.     

基于通用软件无线电外设的OFDM信道物理密钥量化分析

为了对比分析实测数据下单门限量化算法与双门限量化算法的性能差异，并通过优化量化参数改善物理密钥性能，采用通用软件无线电外设（USRP）搭建了正交频分复用（OFDM）系统，通过信道估计提取信道幅度特征作为密钥源（实测数据），从密钥一致性、密钥随机性和密钥剩余长度三个方面分析了两种量化算法的性能。基于实测数据得到了单门限量化和双门限量化下密钥一致性、密钥随机性和密钥剩余长度仿真结果。仿真结果表明：在单门限量化算法中，在给定密钥随机性约束下存在最优量化门限使得密钥不一致率最低；在双门限量化算法中，存在最优量化因子使得有效密钥长度最大化；结合Cascade密钥协商算法进行协商时，不同量化算法的密钥一致性与密钥生成速率存在折中关系。     

无线通信中基于量化隔离带的新型相位密钥生成方法

针对无线通信中利用物理层属性进行加密存在的密钥不一致以及密钥生成速率不高的问题,给出了一种基于信道量化隔离带的相位密钥生成新方法.利用相位均匀分布的属性,产生的密钥具有良好的随机性及均匀分布特性.利用信道量化隔离带的方法,在量化边界处设立隔离带,对产生误判概率较大的接收值进行删除,有效提高了生成的密钥一致性.仿真结果表明,该方法在提高密钥生成速率的同时确保了生成的密钥的准确性.     

6G可重构智能表面的相移模型设计

为了解决中继通信的耗能高以及5G基站的建设难度高的问题，在6G移动通信中引入对可重构智能表面（RIS）技术的研究。针对截断的哈达玛（Hadamard）矩阵和离散傅里叶变换（DFT）矩阵在构建智能表面时失去特性和不稳定问题，提出一种基于汉克尔（Hankel）矩阵和托普利兹（Toeplitz）矩阵来构建酉矩阵的RIS相移模型设计方案。利用酉矩阵的特性来最小化信道误差，提高通信信道的可靠性。仿真结果表明，在RIS单元数为15时，相较于非RIS辅助通信，RIS辅助通信的用户速率可以获得1 （bit·s^-1）/Hz的增益，而伴随着RIS单元数的增加，RIS辅助通信的用户接收速率的增益将更为显著；并且当RIS单元数为4时，相较于DFT矩阵构建智能反射面的方式，利用得到的两个酉矩阵构建的反射面的可靠性更高，约可获得0.5 dB的性能增益。     

不同环境下无线信道密钥生成性能研究

在无线通信物理层安全的研究中,通信双方的信道具有很好的短时互易性,可以从无线信道中提取出相似的信道特征并生成一致的密钥.该技术可以利用无线信道天然的随机性为无线通信系统实时的分配对称密钥.本文利用通用软件无线电平台(USRP)设计并实现了实时的无线信道密钥生成系统.基于设计的无线密钥生成系统,本文在室内房间、室内走廊、空旷室外三种不同场景中的终端固定、终端移动以及人员走动三种不同信道环境下长时间测量了无线信道并生成了密钥.通过分析合法通信双方和窃听者信道状态信息(CSI)的互易性、CSI信息泄露率、CSI随机性、密钥随机性四个指标,详细分析了不同场景及环境下无线信道密钥生成技术的安全性与可靠性.通过实验表明,空旷室外信道随机性最高,室内走廊随机性其次,室内房间随机性最低.此外,周围环境变化愈快,信道随机性愈高.通过选择合适的密钥生成参数,都可以在不同的场景及环境下生成满足随机性要求的密钥.     

基于接收信号的多用户密钥生成方案

基于信道特征生成密钥的方案为通信安全带来了新思路。但在多用户慢衰落条件下,基于信道特征的密钥生成方案由于参数变化慢,导致密钥更新慢。针对此问题,提出了基于接收信号的多用户密钥生成方案,即通过块对角化预编码实现多个随机信号流的分发,使基站与用户能够从用户接收信号中提取密钥。仿真结果表明,提出的基于接收信号的多用户密钥生成方案能够有效提高多用户在准静态及慢衰落条件下的密钥速率。     

双场量子密钥分发协议的相位离散化分析

双场量子密钥分发协议（TF-QKD）的提出,突破性地将密钥速率改善为与信道透过率的平方根相关,可以在没有量子中继器的情况下克服密钥速率容量界。在传统的TF-QKD协议中,需要相干光源所添加的随机相位是连续的。然而在现实条件中,这样的假设经常无法满足,由此会降低协议的实际安全性。针对此问题提出了一种在测试模式和编码模式下具有随机相位离散化特征的TF-QKD协议,并使用了离散随机相位情况下的诱骗态方法进行分析。仿真结果表明,只需要少量的离散相位,随机相位离散化TF-QKD协议的密钥速率也可以超过密钥速率容量界,从而为TF-QKD协议的实际应用提供参考。     

SSL协议隐蔽通道的研究与实现

为提升隐蔽通道的网络穿透能力及抗分析性能,提出了一种基于SSL安全协议的新型隐蔽通道。通过SSL握手报文的随机数字段建立隐蔽域,利用SSL握手协商构建消息通道,采用一包一密进行流量变形伪装,通过访问HTTPS服务实现网络隐蔽通道传输。在多种不同HTTPS环境下的实验验证了该方法的可行性,测试结果表明,相比传统存储型隐蔽通道,该隐蔽信道的容量有大幅度提高,单个报文可携带28 Byte信息,且具有更高的抗隐蔽域估计及抗统计画像能力。     

基于智能反射面辅助与无线中继的无人机协作通信系统优化算法

针对采用智能反射面（RIS）辅助与解码转发中继的无人机协作通信系统,研究了RIS反射相位、无人机部署位置和无线中继传输时隙联合优化算法。首先根据协作系统传输协议,建立了以最大化系统端到端信息传输可达速率为目标的资源分配联合优化问题。该问题非凸,为此提出一个交替优化算法,将该非凸问题分解为分别对RIS反射相位、无人机部署位置和协作中继传输时隙进行优化的三个子问题。其中RIS反射相位优化子问题和无人机部署位置优化子问题仍非凸,为此,分别采用半定松弛方法和提出一种基于连续凸逼近的局部区域优化方法进行求解,通过三个子问题的交替和迭代优化得到原问题的次优解。仿真结果验证了提出的联合优化算法获得的系统端到端信息传输可达速率优于其他的基准方案,并发现无人机应部署靠近中继或RIS的上方,其结果与系统的信噪比、RIS的反射元件数量以及RIS和中继所处地理位置等因素有关。     

基于非线性能量收集的全双工认知中继网络的联合优化方法

针对信息传输过程的时间消耗和信道估计误差对网络能效的影响，提出了一种基于非线性能量收集的全双工认知中继网络的联合优化方法。所提方法是在中继采用非线性能量收集并考虑非完美信道状态信息（CSI）的情况下，首先通过将能效非凸优化问题转化为两个凸的子优化问题，从而求出次用户和中继的传输功率以及收集的能量；其次，在保证主用户干扰门限以及最优传输功率非负的情况下，求出传输的信道容量范围；最后，将传输功率代入表达式得到关于时间的目标函数，并利用海森矩阵证明该目标函数为凸函数，进而求出最优传输时间以及功率分割因子，最终得出能效最优解。实验结果表明，在相同条件下，所提联合优化方法的能效相较于仅优化传输功率的能效提升了约84.3%；同时验证了信道估计误差因子为0.01时，所提方法的网络能效降低了约1.9%。     

基于干扰估计的WSN链路自适应控制方法

针对现有的无线传感器网络传输功率控制算法未充分考虑实际信道干扰的问题,给出了基于干扰估计的最优传输功率计算方法;考虑到通信信道及活跃节点数目的时变性,提出了自适应速率调整算法;最后通过试验验证了所提方法的可行性。     

基于票据的跨域单点登录

针对单点登录中的跨域身份认证问题,提出了一种基于票据的解决方案,以地址重定向的方式传递加密用户登录信息,异域应用系统获取用户信息并提供数据操作服务。使用随机数字生成票据,并作为生成传统加密算法会话密钥的参数,采用现代加密算法实现异域系统之间的互信并安全传递票据,异域应用系统根据票据产生会话密钥,加密并传输用户登录信息,每次会话产生新的密钥。通过对票据产生和传输以及密钥的安全性分析,可以实现跨域单点登录的功能并保证身份认证安全可信。     

Doubly selective fading channel estimation in MIMO OFDM systems

Recent researches in the information theory have demonstrated that MIMO commu nication systems have the potential to provide the linear increase in the channel capacity and frequency spectral efficiencies compared with single-input single-output (SISO communication systems. MIMO is one of the major development aspects in the new generation mobile communication technology, in which plenty spatio-temporal signa processing problems need to be resolved. Especially when MIMO channels are time…     

一种适用于WMSNs传输机制的信道盲估计方法

虚拟MIMO是一种克服无线多媒体传感器网络信道多径衰落和降低节点能耗的有效方法,但现有文献均假设信道状态信息未知或仅知道信道的统计特性,源节点则无法根据信道的实时信息动态调整传输策略。针对WMSNs信道特点,提出一种适用于WMSNs传输机制的信道盲估计方法以获得节点间信道信息进而确定传输策略,通过构造权值衰减联合决策函数,将节点间的信道盲估计问题转化为一个无约束优化问题,在此基础上设计了一种快速收敛的迭代算法以降低运算代价。该方法仅依赖小数据量就可正确估计出节点间信道,具有对抗信道时变特性的能力;理论推导与仿真表明该算法的收敛速度和运算量均能符合降低节点能耗的要求。