6、无线传感与通信的物理层安全技术解析

无线传感与通信的物理层安全技术解析

1. 引言

在无线传感与通信领域，物理层安全（PLS）至关重要。它旨在利用无线信道和周围环境的特性，为通信提供安全保障，防止信息被窃听、干扰和伪造。具体来说，PLS 涵盖了多个方面，包括基于信道的密钥生成、射频前端特性利用、无线电环境感知、数据比特安全、无线信号处理以及网络层面的安全措施等。

2. 基于信道的密钥生成

2.1 基本原理

为了在接收端恢复干净的信号，收发双方需要了解环境对信号的影响。基于信道的密钥生成利用了无线信道的特性，其主要步骤包括信道探测、量化、信息调和、隐私放大等。通过这些步骤，收发双方可以根据共同观察到的信道特征生成相同的密钥，用于安全通信。

2.2 传输参数的影响

信道观测结果依赖于传输参数。例如，载波频率会影响路径损耗，毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）等较高频率的信号比传统系统经历更多的衰减。此外，更大的带宽在时间（延迟）域上能提供更好的分辨率，反之亦然。因此，在不同场景下，需要选择合适的传输参数，以满足可观测参数的必要标准。

3. 射频前端特性

3.1 射频前端的缺陷

除了无线介质本身，射频前端也存在各种缺陷，如时钟抖动、相位噪声、载波频率偏移（CFO）、同相/正交不平衡（IQI）、功率放大器非线性和天线缺陷等。这些缺陷因设备而异，可以作为设备的“指纹”用于区分不同设备。

3.2 射频指纹识别的应用

射频指纹识别是一种物理层认证机制，旨在防止（或至少检测）对节点身份或消息完整性的攻击。它可以与基于信道的认证相互补充，提高通信的