《協作無線通信中的跨層密鑰協商設計》是依託鄭州大學，由王寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：協作無線通信中的跨層密鑰協商設計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王寧
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研究表明，移動便攜設備的發展將主導整個移動網際網路業務量的增長，設備間通信(D2D)也已被認為是下一代蜂窩移動通信標準5G必定包含的系統特性。但在智慧型手機和無線感測器這樣的小型移動設備上部署多天線設計來提高數據速率面臨諸多現實問題，用戶協作與自組織網路是未來無線技術的一個主流方向，協作通信於是成為近年一個研究熱點。由於協作無線網路結構複雜性和中繼結點多樣性，其安全性逐漸成為研究焦點。其中，密鑰管理是最基礎且極重要的一環，是規模部署時必須面臨的技術挑戰。近兩年學術界開始關注這一課題，但在已發表成果中，協定算法未能根據經典協作時隙結構設計，對信道估計的過度依賴也降低了其實用性。.本課題基於Maurer利用物理信道不確定性協商建立無條件安全密鑰的思想，針對協作通信特點設計密鑰協商協定。項目首先推導密鑰率理論界，再利用物理信道的變化對優勢提取、信息調和與保密增強進行聯合最佳化，實現協作通信下無條件安全的密鑰協商。研究中將採用基於信道鑑別和用戶自激發的兩種用戶間共有信息生成模式，針對不同通信場景提出相應的解決方案。課題旨在研究高效實用的密鑰協商機制，為協作無線網路規模部署提供安全性保障。
結題摘要
協作無線通信技術，是未來無線網路向超密集化、異構化和自組織化演進過程中，很具發展潛力的一項關鍵物理層技術。該青年基金項目針對無線協作引入的同時面臨的信息安全威脅，提出採用物理層安全的方法，對上層密碼系統加/解密密鑰進行管理，實現協作密鑰協商。該技術充分利用了無線信道的隨機特性，有效實現密鑰在合法通信方之間安全可靠的分配與管理，而物理層安全的信息理論安全特性，確保了該過程中密鑰不被非授權方截獲。項目首先在前期對單向中繼密鑰協商的研究基礎上，對雙向中繼放大轉發協作通信系統保密傳輸和密鑰協商技術進行了研究，提出了三階段雙向中繼協定下的安全最最佳化模擬網路編碼方案，其保密傳輸性能優且對中繼位置不敏感，對中繼位置最佳化的需求也相應降低，更適合低複雜度邊緣網路場景的套用。對多天線協作保密通信系統，研究了其利用主動物理層安全策略的同時，為低功耗小型無線設備進行無線輸能的系統，著重對系統在CSI誤差和相位噪聲影響下魯棒性進行了研究，提出了系統的低複雜度魯棒性設計，顯著提升了安全傳輸-無線輸能聯合系統的有效性。項目還將基於信道鑑別的密鑰協商擴展至非常規無線信道環境——空地自由空間光通信系統，證明了空地自由空間無線光通信系統大氣湍流信道的閃爍互易特性，據此為該系統設計了基於信道鑑別的密鑰協商協定，並證明了該策略下密鑰率由信道統計特性類型決定，受信道湍流強度影響較小。此外，對密集化、異構化和自組織化場景下的協作物理層保密傳輸、無線資源管理等問題進行了延伸探索。為項目負責人下階段基於物理層安全的5G邊緣網路安全技術研究奠定了良好的基礎。
