多天线条件下的链路传输安全性能分析

作     者：王豪 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王卫东

授予年度：2015年

学科分类：11[军事学] 1105[军事学-军队指挥学] 0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 110505[军事学-密码学] 110503[军事学-军事通信学] 

主      题：无线网络 物理层安全 波束成形 噪声注入 密钥协议 

摘      要：近几年个人智能移动通信终端的大规模普及表明无线通信已经融入到人们生活的各个方面,无线网络承载的信息也越来越重要越来越敏感,然而无线信道的开放特性使得信息极易被窃听,因此如何保障用户信息的安全就变得十分重要了。目前无线网络保密都是借用有线网络中广泛使用的对称加密法和公钥加密法,但是这些加密算法的密钥分发步骤在无线信道下非常容易受到攻击并且非常耗费资源。而且移动终端由于尺寸和成本约束,其能量和计算能力都十分有限,并不适合对称加密法和公钥加密法这样大计算复杂度的加密算法。物理层安全充分利用了无线信道的多径和衰落特性,能够在物理层上为信息提供安全防护,为信息安全研究提供了全新的思路。本文研究了典型的蜂窝网络中发送端多天线接收端和窃听端均为单天线的场景,采用波束成形和噪声注入来提高信道安全性,我们研究了天线数量和噪声功率分配比例对信道安全性的影响,分析了单独使用波束成形和同时使用波束成形和噪声注入时接收端和窃听端接收信号瞬时信噪比的分布函数,给出了信道平均安全容量、非零安全容量概率和安全掉线率等的闭式解。我们还利用密钥协商协议生成密钥,研究了波束成形和噪声注入对密钥生成速率的影响。