5、物理层安全：概念、框架与性能评估

物理层安全：概念、框架与性能评估

在当今快节奏的世界中，无线通信的重要性与日俱增。无论是企业还是个人，都离不开无线通信带来的移动性、便携性和即时获取无限信息的便利。然而，随着网络的日益分散和异构化，传统的密码学安全机制已难以满足需求。物理层安全（PLS）作为一种补充解决方案，利用无线环境的动态特性，确保合法传输满足机密性、完整性、真实性和可用性（CIAA）的要求。

1. 基于复杂度的物理层安全技术

基于复杂度的物理层安全（PLS）技术通过利用无线信道的随机性生成密钥，并使用该密钥对数据进行加密，以确保数据安全。与传统密码学相比，PLS 密钥生成技术具有以下优势：
- 无需密钥共享 ：假设无线信道是互惠的，则无需进行密钥共享。这消除了关键共享的负担，并降低了攻击者获取密钥的可能性。
- 量子安全 ：假设提取的密钥满足完美保密约束，则可以确保消息对量子计算机的安全性。

2. 密钥生成的性能评估指标

密钥生成的性能评估涉及三个主要指标：
- 随机性 ：随机性是密钥生成系统最重要的指标，因为密钥生成器可以被视为随机数生成器（RNG）。信息理论表明，熵与随机性直接相关。根据完美保密的概念，密钥的熵影响密钥提供的保密性。如果密钥的熵至少等于源消息的熵，则可以实现绝对保密。然而，并非所有的 RNG 方法都是等效的。即使生成的序列在人类看来是随机的，也可能存在不明显的关系。因此，需要开发统计测试来量化随机性。例如，美国国家标准与技术研究院（NIST）开发了一套统计随机性测试套件，用于测试随机序列的某些特征，以确定测试序列是否随机。