物理層安全技術(shù)從無線信道的根本屬性出發(fā),為安全通信問題提供了新的解決思路�，F(xiàn)有的物理層安全傳輸方案主要是針對被動竊聽場景設(shè)計的。然而,惡意攻擊者除了被動竊取信息之外還可能發(fā)起主動攻擊。尤其在時分復(fù)用通信系統(tǒng)中,導(dǎo)頻污染攻擊會對合法通信雙方的信道估計過程產(chǎn)生干擾,給無線通信安全帶來新的挑戰(zhàn)。目前針對導(dǎo)頻污染攻擊的物理層安全技術(shù)研究,還存在以下問題。導(dǎo)頻污染攻擊檢測方案需要改變導(dǎo)頻序列的結(jié)構(gòu),實用性較低。檢測出導(dǎo)頻污染攻擊者后,局限于理論分析而缺乏抑制攻擊影響的具體通信方案。因此,本文對抵抗導(dǎo)頻污染攻擊的物理層安全傳輸方案展開研究。(1)分析導(dǎo)頻污染攻擊對系統(tǒng)安全性的影響,為安全傳輸方案提供設(shè)計依據(jù)。在信道狀態(tài)信息獲取過程中,保持現(xiàn)有的導(dǎo)頻序列結(jié)構(gòu)不變,進行雙向信道估計。利用信道估計結(jié)果的差異性對導(dǎo)頻污染攻擊進行檢測,并探究雙向信道估計檢測方案在不同導(dǎo)頻污染攻擊功率下的檢測性能�；趯�(dǎo)頻污染攻擊檢測結(jié)果提出信息安全傳輸方案,方案中發(fā)送端根據(jù)接收者的反饋信息對合法信道估計結(jié)果進行校正并設(shè)計隨機加擾矩陣。仿真結(jié)果表明,竊聽者增大導(dǎo)頻污染攻擊功率時,會惡化系統(tǒng)的信息安全傳輸性能。由于攻擊者向外發(fā)送導(dǎo)頻信號,發(fā)送端可以利用雙向信道估計結(jié)果的差異性對攻擊進行檢測。攻擊檢測概率隨導(dǎo)頻污染攻擊功率的增大而升高。在信號接收時,合法接收者的誤碼率性能隨著信噪比的增大而降低,竊聽者的接收性能一直保持較高的誤碼率水平�；趯�(dǎo)頻污染攻擊檢測的安全傳輸方案可以降低導(dǎo)頻污染攻擊的干擾并保證合法用戶之間信息的安全傳輸。(2)針對發(fā)送端未知合法用戶反饋信息的導(dǎo)頻污染攻擊場景,提出基于隨機加擾的協(xié)作安全傳輸方案。在基于導(dǎo)頻污染攻擊檢測的安全傳輸中,發(fā)送端已經(jīng)獲得了合法接收者的反饋信息,并且根據(jù)校正的主信道信息進行信號預(yù)處理設(shè)計。當(dāng)接收端反饋信息不能及時到達發(fā)送端時,發(fā)送端導(dǎo)頻污染攻擊檢測方案的執(zhí)行難度增加且不能對估計結(jié)果進行校正。基于隨機加擾的物理層協(xié)作傳輸方案中,通過引入輔助節(jié)點構(gòu)成協(xié)作通信模型用于系統(tǒng)分析。隨機加擾矩陣直接約束于受導(dǎo)頻污染攻擊干擾的信道估計結(jié)果以及輔助節(jié)點與發(fā)送端之間的信道信息。仿真結(jié)果及安全性分析表明,基于隨機加擾的協(xié)作安全傳輸方案中,合法接收者與輔助節(jié)點的信息單向融合進行聯(lián)合信號檢測,可以消除導(dǎo)頻污染攻擊的干擾。對于竊聽者,接收信號受隨機加擾矩陣的影響呈現(xiàn)隨機變化導(dǎo)致誤碼率較高�；陔S機加擾的協(xié)作安全傳輸方案增強了導(dǎo)頻污染攻擊場景下系統(tǒng)的安全性能。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN918
【部分圖文】：

抵抗導(dǎo)頻污染攻擊的物理層安全傳輸是否存在。這一方案中，需要同時考慮上行鏈路于下行鏈路的估計，會造成較大時延并增加計算復(fù)雜度。Yuan等人提出了一種基于最小描述長度算法的檢測方法僅需要上行鏈路檢測過程，一定程度上減少了時延與系統(tǒng)復(fù)雜度[45]。Xiong等人提了一種雙向信道估計算法并基于估計結(jié)果進行安全傳輸方案設(shè)計[46]。如果發(fā)送端備大量的天線，下行鏈路信道估計開銷就會變得很大。Xie等人對這一方案進行改進提出了一個二階段訓(xùn)練機制，而且考慮了多輸入單輸出場景下的安全傳輸[47]。然這些方案主要局限于可實現(xiàn)安全速率的理論分析而缺乏抑制導(dǎo)頻干擾的具體發(fā)送接收通信方案。1.3 論文主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)針對上述問題，本文對抵抗導(dǎo)頻污染攻擊的物理層安全傳輸方案展開研究，要內(nèi)容如圖 1.1 所示抵抗導(dǎo)頻污染攻擊的物理層安全傳輸方案研究

圖 3.4 上下行雙向信道估計示意圖Alice的接收信號可以表示為以下兩種情況： 表示Alice沒有遭受Eve的導(dǎo)頻污染攻擊， 表示Eve向Alice發(fā)起導(dǎo)頻污示接收端的加性高斯噪聲矩陣，所有的元素都是獨立同分布的，且均值為 。利用LMMSE估計方法Alice得到相應(yīng)的主信道估計結(jié)果 表示為 ③ ④ ③ ④ 表示上行信道狀態(tài)信息，腳標(biāo) 表示上行鏈路�？梢钥闯霎�(dāng)系統(tǒng)存在擊時，Alice獲得的主信道估計信息是受到竊聽信道干擾的。上式可以簡 ③ ④ 是一個高斯估計誤差向量，均值為0，方差矩陣為 ， （

Relay之間的信道信息可以通過同樣的方法進行估計，定義估計值為 ④ 。全傳輸方案送端隨機加擾信道呈塊衰落可知， ， ， 三者在N個符號周期內(nèi)保持不變，Alice案是基于 個符號周期來聯(lián)合設(shè)計，其中 ，且 為 的倍數(shù)。設(shè) 個符號Alice發(fā)送信號矩陣 ③ ④ ③ ④ ③ ④ (4.4發(fā)送時， 先經(jīng)過隨機加擾矩陣進行預(yù)處理。假設(shè)第 次的隨機加擾矩陣為 (4.5 次傳輸，發(fā)送端隨機加擾信號處理過程如圖 4.2 所示
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本文編號：2864129