黃艷群 閩南理工學(xué)院

以往安全機(jī)制在現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，但其局限性也在無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展下不斷凸顯，包括資源限制、規(guī)模限制等，不能夠完全的滿足無(wú)線通信安全需求。針對(duì)這一情況，需要在無(wú)線通信系統(tǒng)的安全機(jī)制上做出更為深入的研究，而物理層安全技術(shù)是近年來(lái)關(guān)于此問(wèn)題進(jìn)行研究的主要方向，文中將以此作為基礎(chǔ)點(diǎn)展開相關(guān)問(wèn)題分析。

1 物理層安全技術(shù)分析

1.1 無(wú)線信道簡(jiǎn)述

無(wú)線信道也就是實(shí)現(xiàn)無(wú)線信息傳輸?shù)沫h(huán)境，其具有著以下幾種特征：第一，時(shí)間變化性。在實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信期間，終端或是臨近環(huán)境中人與物體的移動(dòng)可能會(huì)引發(fā)無(wú)線信道反射、折射等變化，致使信道在時(shí)間的發(fā)展下不斷的發(fā)生著轉(zhuǎn)變，而這些元素也成為了無(wú)線通信過(guò)程中的不可控因素。第二，空間變化性。無(wú)線信道與地理環(huán)境存在著一定的相關(guān)關(guān)系，任何一個(gè)處在合法通信范疇之外的竊聽者所出現(xiàn)的多徑衰落與合法接受者的衰落不存在相關(guān)性，為此，參與通信活動(dòng)的雙方信道出現(xiàn)被其他用戶竊聽的可能性較低，若想進(jìn)行惡意竊聽，則需要極為接近合法通信的其中一個(gè)主體，但在此條件下，竊聽用戶的物理位置會(huì)面臨著較大的暴露風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 物理層安全技術(shù)應(yīng)用特征

對(duì)于物理層安全技術(shù)的分析，首要關(guān)注的方向便應(yīng)該是此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用特征，其原因在于，只有了解技術(shù)的應(yīng)用特征才能夠明確其適合應(yīng)用在何種領(lǐng)域，以及能夠發(fā)揮出何種價(jià)值。從多年來(lái)無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用情況來(lái)看，物理層安全技術(shù)在整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)中的安全性與保密性特征較為明顯。在對(duì)物理層安全技術(shù)進(jìn)行深入探究中能夠了解到，此項(xiàng)技術(shù)在通信過(guò)程中的安全性提升建立在多種技術(shù)的合理應(yīng)用基礎(chǔ)上，具體為：在通信期間參與通信活動(dòng)的用戶在物理層合法信道中，會(huì)應(yīng)用到物理層安全技術(shù)的唯一性與互易性特征，其具體表現(xiàn)是經(jīng)由通信信息加密管理對(duì)信道中的數(shù)據(jù)信息的合法性進(jìn)行識(shí)別，對(duì)竊聽或是信息截留等情況的發(fā)生加以控制。此種安全技術(shù)特征，極大的提升了無(wú)線通信的安全性以及數(shù)據(jù)信息的保密性。物理層安全模型如圖1所示。

圖1 物理層安全模型

1.3 物理層安全技術(shù)類別

依據(jù)物理層安全技術(shù)內(nèi)容與應(yīng)用形式可將其分為兩種：其一，協(xié)作干擾技術(shù)。如圖2所示。此項(xiàng)技術(shù)將竊聽信道模型技術(shù)作為基礎(chǔ)參考，對(duì)物理層安全技術(shù)給予加密，是近幾年才出現(xiàn)的全新通信安全技術(shù)。在對(duì)此種技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，主要參與的是物理層安全技術(shù)的核心技術(shù)特征，對(duì)處于通信狀態(tài)的信息進(jìn)行保密編碼，提升其安全性?；诖隧?xiàng)技術(shù)實(shí)踐期間充分的展現(xiàn)出物理層安全技術(shù)特征，同時(shí)其實(shí)用性特征也較為凸顯，為此，促使其成為現(xiàn)代物理層安全技術(shù)研究的主要方向。其二，結(jié)合性安全技術(shù)。早期發(fā)展中的物理層安全技術(shù)，將物理層安全技術(shù)與以往信息加密干預(yù)形式進(jìn)行了融合，在無(wú)線通信期間，應(yīng)用結(jié)合性安全保密技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，對(duì)通信密碼進(jìn)行分別發(fā)送與統(tǒng)一管理，進(jìn)一步強(qiáng)化了無(wú)線通信技術(shù)的安全性。

圖2 協(xié)作干擾技術(shù)模型

1.4 物理層功能分析

無(wú)線信道也就是實(shí)現(xiàn)無(wú)線信息傳輸?shù)沫h(huán)境，而物理層屬于傳輸環(huán)境的最底層，也是與服務(wù)對(duì)象接觸最近的一層結(jié)構(gòu)，物理層所需要解決的問(wèn)題包括以下幾種：第一，物理層需要盡量控制物理設(shè)備與傳輸媒體，基于通信形式差異性所引發(fā)的數(shù)據(jù)鏈路層無(wú)法識(shí)別差異問(wèn)題。第二，整個(gè)信息傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要具有為相應(yīng)用戶在物理傳輸媒體中傳輸與接受比特流的能力，基于此，物理層應(yīng)該具備解決物理連接的創(chuàng)建以及維持與釋放問(wèn)題。物理層的主要功能包括以下幾種：第一，物理層能夠?yàn)閿?shù)據(jù)終端提供傳送數(shù)據(jù)通路，此項(xiàng)通路可直接為物理媒體，同時(shí)也可以是多個(gè)物理媒體所連接的結(jié)構(gòu)，完整的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。第二，形成符合數(shù)據(jù)傳輸所需實(shí)體，為數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行服務(wù)。一方面需要確保數(shù)據(jù)可以在信道中順利傳輸，另一個(gè)方面還需要提供適應(yīng)的帶寬，避免信道擁擠情況的出現(xiàn)。第三，做好物理層常規(guī)管理工作。

2 無(wú)線通信中的物理層安全技術(shù)應(yīng)用

2.1 保密編碼技術(shù)應(yīng)用

對(duì)于物理層安全技術(shù)的應(yīng)用是比較常見的通信安全防護(hù)手段，屬于一種保密編碼技術(shù)。在此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用期間，能夠選擇或是同時(shí)應(yīng)用的信道編碼方式眾多，為進(jìn)一步提升無(wú)線通信安全性提供了更多方向。此種技術(shù)的保密編碼方式包括極化碼、LDPC碼、PC碼等，基于其形式多樣性以及多種選擇可能性促使其在近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行無(wú)線電保密編碼期間，可依據(jù)編碼塊的長(zhǎng)度提升，對(duì)編碼率進(jìn)行合理的控制，確保其應(yīng)用可靠性。在此種環(huán)境中，參與通信活動(dòng)的所有用戶所應(yīng)用到的無(wú)線信道在安全性上僅高于竊聽者的一層，為此，可在實(shí)現(xiàn)通信的階段中經(jīng)由編碼技術(shù)的應(yīng)用來(lái)強(qiáng)化通信的安全性以及保密性。經(jīng)由編碼技術(shù)的應(yīng)用，安全性并非建立在誤差評(píng)估上，更多的是應(yīng)用到對(duì)質(zhì)疑度的評(píng)估，也就是對(duì)保密編碼實(shí)踐期間為用戶提供的數(shù)據(jù)值給予評(píng)估。

2.2 協(xié)作干擾安全技術(shù)應(yīng)用

對(duì)于無(wú)線通信安全物理層安全技術(shù)的應(yīng)用，核心安全技術(shù)便是協(xié)作干擾技術(shù)，但在實(shí)踐過(guò)程中，會(huì)針對(duì)用戶用于通信的信道提出較高的要求，還需要具備較高的保密容量才可以保障無(wú)線通信安全技術(shù)的價(jià)值發(fā)揮?；谶@一點(diǎn)來(lái)看，在對(duì)無(wú)線通信協(xié)作干擾技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，可選擇差異化的干擾技術(shù)對(duì)此種局限性加以突破，經(jīng)由限制竊聽方信道的安全性來(lái)提升通信用戶信道的安全性及穩(wěn)定性。此種技術(shù)應(yīng)用過(guò)程可細(xì)分為多種形式：其一，應(yīng)用無(wú)線通信中空域的對(duì)接特征，在通信期間促使信號(hào)空間能夠與用戶信道進(jìn)行可靠對(duì)接，在此過(guò)程中將人工噪聲對(duì)其他的用戶信道實(shí)施干擾，實(shí)現(xiàn)雙保障模式。此種安全模式環(huán)境下，促使參與通信中的人工干擾頻率不會(huì)對(duì)通信用戶的信道造成干擾作用，也極大的限制了除此之外各信道的穩(wěn)定性，達(dá)到提升用戶信道保密容量的效果，從而保障協(xié)作干擾技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值能夠最大化的發(fā)揮。在實(shí)現(xiàn)此種安全保密工作時(shí)，信息的發(fā)布端與接收端用戶應(yīng)該預(yù)先構(gòu)建協(xié)作節(jié)點(diǎn)，將節(jié)點(diǎn)作為基礎(chǔ)對(duì)信道進(jìn)行安全防護(hù)。其二，在無(wú)線通信環(huán)境下，在無(wú)線信號(hào)中乘以隨機(jī)的保密系數(shù)，實(shí)現(xiàn)保密效果。在保密技術(shù)的設(shè)置上，應(yīng)該在用戶信道中保障系數(shù)組合能夠有效的控制常態(tài)數(shù)據(jù)量?；诖朔N要求來(lái)看，促使其他信道用戶在通信干擾數(shù)據(jù)的作用下，處于通信狀態(tài)的信道質(zhì)量會(huì)明顯弱化，而實(shí)施保護(hù)用戶的信道質(zhì)量會(huì)得到提升，確保協(xié)作干擾機(jī)制的順利實(shí)現(xiàn)。如圖3所示，對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，一方面需要參與通信活動(dòng)的雙方能夠預(yù)先制定協(xié)作節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)方面還需要對(duì)雙方通信要求進(jìn)行降低，具有著一定的靈活性特征。在實(shí)踐應(yīng)用期間，應(yīng)該關(guān)注到的是結(jié)合實(shí)踐通信應(yīng)用需求明確最為可靠且具有可行性的干擾技術(shù)應(yīng)用，將此作為基礎(chǔ)條件確保協(xié)作干擾技術(shù)的價(jià)值能夠最大化的發(fā)揮。

圖3 協(xié)作干擾安全技術(shù)模型

3 結(jié)論

在無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用中，無(wú)線信道具有著一定的開放性特征，而此特征促使其比較容易出現(xiàn)竊聽或是信息篡改等情況，極大的影響到信息傳送安全性以及保密性。從文中對(duì)物理層安全技術(shù)的應(yīng)用分析結(jié)果來(lái)看，物理層安全技術(shù)主要有協(xié)作干擾安全技術(shù)以及結(jié)合性安全技術(shù)，而其中協(xié)作干擾技術(shù)在無(wú)線通信安全防護(hù)中的應(yīng)用最為廣泛，所能夠發(fā)揮的價(jià)值也最大。經(jīng)由協(xié)作干擾技術(shù)的應(yīng)用，在受保護(hù)用戶實(shí)現(xiàn)通信的過(guò)程中，其他信道的穩(wěn)定性將會(huì)受到協(xié)作干擾技術(shù)的影響，從而保障了受保護(hù)用戶信道的穩(wěn)定性以及安全性。

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