基于多域信道特征的物理层密钥生成理论与方法

With the rapid development of broadband wireless communication technology, the importance of information security is continually increasing. Recently, as one of the hottest topics in the wireless communication research area, physical layer security technology can effectively solve the problems existing in traditional encryption technology and theoretically achieve the absolute security from the perspective of information theory. Thus, it is of great significance for improving the security of next-generation wireless communication systems. This project aims at exploring the theory and application techniques of physical layer key generation based on wireless channel characteristics in multiple domains. Firstly, the feature extraction and channel modeling theory in space, time and frequency domain will be investigated. Secondly, we will study the physical layer key generation based on multi-domain multi-parameter channel features, and therefore enhance the physical layer key generation rate and the difficulty of cracking. Finally, combined with the physical layer security and traditional security technology, we will research the attack defense mechanism and physical layer key cross-layer application technology to improve the overall security performance of the communication systems. Through this project, we plan to solve the problems in existing physical layer key generation theory, such as no multi-domain parametric coupling model guidance, single utilization of the channel feature, lack of the active attack prevention and cross-layer cooperation, and so on. The research achievements will improve the security of next-generation wireless communication systems, and further provide technical support for the development of information security in wireless communication field.

随着宽带无线通信技术的快速发展，信息安全的重要性日益提升。物理层安全技术作为近年来无线通信领域的研究热点，可以有效解决传统加密技术存在的问题，从信息论角度保证通信的绝对安全，对提高下一代无线通信系统安全性具有重要和深远意义。本项目旨在探索基于多域无线信道特征的物理层密钥生成理论与应用技术。首先，研究空、时、频域道特征提取与无线信道建模理论；其次，在此基础上研究基于多域多参量信道特征的物理层密钥生成机制，提升物理层密钥生成速率与破解难度；最后，结合物理层安全与传统安全技术，研究基于物理层密钥的攻击防范与跨层应用技术，提高系统的整体安全性能。通过本研究，拟突破现有物理层密钥生成理论无多域参量耦合模型指导、信道特征利用方式单一、未考虑主动攻击防范与跨层协作等问题，研究成果能够有效提升下一代无线通信系统安全性，从而为我国无线通信信息安全领域的发展提供技术支撑。

随着宽带无线通信技术的快速发展，信息安全的重要性日益提升。物理层安全技术作为近年来无线通信领域的研究热点，可以有效解决传统加密技术存在的问题，从信息论角度保证通信的绝对安全，对提高下一代无线通信系统安全性具有重要和深远意义。.本项目旨在探索基于多域无线信道特征的物理层密钥生成理论与应用技术。首先，研究面向安全需求的空-时-频多域信道特征提取方案与多场景无线建模理论；其次，在此基础上研究基于多域多参量信道特征的物理层密钥生成机制，一方面针对准静态下基于电磁波轨道角动量的通信场景、无人机空对地通信场景、智能反射表面（Intelligent Reflecting Surface，IRS）辅助通信场景、低时延物联网通信场景提出多种密钥生成算法，充分发掘多域信道特征的潜力，另一方面针对特定通信场景下的密钥生成机制，研究设计了性能优化方案，实现密钥生成速率、一致性与复杂度的联合优化；最后，结合物理层安全与传统安全技术，研究基于物理层密钥的攻击防范方法与跨层应用技术，提出环境重构攻击威胁，并通过研究基于信道、信号与设备特征的安全防范方案，设计抗主动攻击的密钥生成方案，形成了对抗主动攻击的有效防御手段，在面向信息安全传输应用范例方面，设计实现了IRS辅助通信场景下的加密传输方案，构建了硬件验证平台，搭建的物理层密钥生成演示平台能够与传输层应用结合，实现图片信息的加密传输。.本项目对于多域多场景物理层密钥生成机制与分析优化具有重要的理论意义，为无线威胁日益严峻下的信道攻击识别与防范方法提供有效支撑，为物理层密钥生成应用部署提供理论与实现指导，研究成果能够有效提升下一代无线通信系统安全性，从而为我国无线通信信息安全领域的发展提供技术支撑。