劉文昊

摘要：和有線通信技術(shù)相比，無(wú)線通信技術(shù)的安全性較差。因?yàn)闊o(wú)線通信有著天然的廣播性，因而散發(fā)的信息也比較容易被竊聽到。無(wú)線通信中，如何保障信息安全非常關(guān)鍵。既要保障接收者能準(zhǔn)確的接收來(lái)自發(fā)送方的信息，又要保障傳輸?shù)男畔⒉槐桓`取。隨著近年來(lái)無(wú)線通信物理層安全技術(shù)的誕生，在很大程度上保障了無(wú)線傳輸?shù)陌踩?。文章?duì)無(wú)線通信物理層安全技術(shù)展開描述。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；安全技術(shù)；物理層

無(wú)線通信設(shè)備在生活中有著廣泛的應(yīng)用，極大的方便了我們的生活，但也存在著較大的安全性問(wèn)題。無(wú)線通信的安全系統(tǒng)比較依賴物理層技術(shù)，依靠物理層外的多種協(xié)議進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)物理層發(fā)生故障時(shí)，通信信息的安全性就很難被保障，因此要加強(qiáng)對(duì)物理層技術(shù)的研究。

一、無(wú)線通信物理層安全技術(shù)

（一）人工噪音技術(shù)

人工噪音技術(shù)能增強(qiáng)無(wú)線通信系統(tǒng)的安全，對(duì)盜竊信息者產(chǎn)生干擾。人工噪音是在信息發(fā)射端添加人工制成的噪音，噪音不能過(guò)大也不能過(guò)小。在信息傳輸過(guò)程中，噪音能對(duì)竊取者產(chǎn)生干擾，使得竊取者收到和真正的信息接收者不一樣的信息，從而達(dá)到保護(hù)信息安全的效果。人工噪音技術(shù)的使用，也會(huì)降低信息傳輸?shù)墓β蔥1]。這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有一個(gè)前提條件，就是要對(duì)竊取方的信息狀態(tài)能進(jìn)行準(zhǔn)確獲取，因而在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中有較大的難度。

（二）波束成型技術(shù)

波束成型技術(shù)是將數(shù)據(jù)流分在不同天線上以相同秩序傳輸。通過(guò)使用預(yù)制編碼，能讓多個(gè)數(shù)據(jù)流在多個(gè)天線上進(jìn)行多秩傳輸。在保障物理層安全性方面，波束成型技術(shù)在信道設(shè)計(jì)過(guò)程中，增加了信息接收者和信息竊取者接收信號(hào)的質(zhì)量差異。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，波束成型技術(shù)在發(fā)送者和接收者的保密速率在增大。這種安全技術(shù)若想有效的應(yīng)用，就要讓信息發(fā)射信號(hào)處在竊聽者的零空間[2]。實(shí)際應(yīng)用中，竊聽者的信道狀態(tài)信息很難進(jìn)行準(zhǔn)確定位。當(dāng)竊聽端的信道狀態(tài)信息出現(xiàn)偏差，波束成型技術(shù)的應(yīng)用效果就會(huì)大打折扣。

（三）協(xié)作干擾技術(shù)

通常情況下，無(wú)線通信發(fā)射端和接收端的距離較大。有時(shí)候，發(fā)射端的發(fā)射的功率受到限制，使得接收者無(wú)法收到信息。通信協(xié)作是將信息發(fā)射者發(fā)送到的信息傳到信息中繼站，從信息中繼站傳到接收者那里。中繼站在此有著傳遞信息的作用，同時(shí)能產(chǎn)生一定程度上的干擾。中繼站利用協(xié)作干擾技術(shù)能發(fā)射干擾信號(hào)，防止竊取信息者對(duì)信息進(jìn)行盜竊。中繼站產(chǎn)生的干擾信號(hào)又分為三種。第一是高斯白噪音，這種干擾信號(hào)在對(duì)竊聽者產(chǎn)生干擾的同時(shí)，也會(huì)對(duì)接收者帶來(lái)影響。高斯白噪音非常容易產(chǎn)生，但對(duì)通信安全的提升效果并不理想。第二種是其他信號(hào)源的發(fā)射信號(hào)，這種信號(hào)在運(yùn)行時(shí)比較復(fù)雜，穩(wěn)定性不強(qiáng)，安全性也難以保障。第三種是合法接收端的已知信號(hào)。這種信號(hào)的好處是不會(huì)影響到接收端，還能對(duì)竊取信息者造成干擾，運(yùn)行的過(guò)程也相對(duì)復(fù)雜[3]。

（四）差異化信道估計(jì)技術(shù)

物理層中的差異化信道技術(shù)能在信道估計(jì)階段對(duì)竊取信息者進(jìn)行限制，使得竊聽者收到大量的干擾噪音，增強(qiáng)破解時(shí)的困難程度。在實(shí)際的操作中，將一些人工制造的噪音插入到訓(xùn)練的信號(hào)中去，對(duì)信道狀態(tài)信息的估計(jì)性能作出限制。差異化信道估計(jì)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)時(shí)存在著一定的困難，如要讓信息的發(fā)射端獲取到足夠的信道信息。針對(duì)于這種不足之處可采取不同的方案進(jìn)行優(yōu)化。其一是通過(guò)優(yōu)化合法接收機(jī)的信道估計(jì)性能，對(duì)一些盜取者的接收機(jī)作出有力的限制。實(shí)際操作中，合法接收機(jī)要對(duì)多個(gè)階段的信道信息作出反饋，這樣才能更好的加入進(jìn)去一些干擾的信息。還有一種方法是雙向訓(xùn)練的方案，在信道具有互易性時(shí)，如不具備，發(fā)射端對(duì)反向訓(xùn)練的信道信息就獲取不到。

（五）保密編碼技術(shù)

物理層安全技術(shù)中，還有一個(gè)重要的技術(shù)就是保密編碼技術(shù)。這種技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，能用多種信道編碼方式，提升無(wú)線通信技術(shù)的安全性。編保密碼的形式分為L(zhǎng)DPC碼、極化碼等多種形式，能在很大程度上提升無(wú)線通信的安全性[4]。編碼中的LDPC技術(shù)在生活中有著較為廣泛的應(yīng)用。編碼過(guò)程中，能按照編碼塊長(zhǎng)度的變化，對(duì)編碼率進(jìn)行有效的控制。編碼技術(shù)的安全性能是依靠質(zhì)疑度進(jìn)行衡量，能在保密編碼使用過(guò)程中，對(duì)用戶提供的信息數(shù)據(jù)作出評(píng)定。

二、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段，無(wú)線通信技術(shù)在生活中的應(yīng)用非常廣泛，但也存在著安全性的問(wèn)題。為了保障無(wú)線通信的安全性，其中用到了物理層安全技術(shù)。這種安全技術(shù)包括的種類是多種多樣的，其中包括了人工噪聲、波束成型、協(xié)作干擾、差異化信道估計(jì)等多個(gè)方面。對(duì)保障信息的安全發(fā)揮著重要的作用，很好的保護(hù)了無(wú)線通信系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張立健，唐燕群.無(wú)線物理層安全綜述[J].無(wú)線電工程，2018，48（06）：447-452.

[2]姜鑫. 無(wú)線通信系統(tǒng)物理層安全與合法監(jiān)聽技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2018.

[3]楊揚(yáng)，楊茂強(qiáng)，張子平.無(wú)線通信系統(tǒng)物理層安全傳輸方法綜述[J].通信技術(shù)，2017，50（07）：1351-1356.

[4]林秀珍. 人工噪聲優(yōu)化的物理層安全傳輸方案研究[D].重慶郵電大學(xué)，2017.