物理层安全技术及其在保密通信中的应用

摘 要：随着社会经济的发展，计算机信息技术被运用在各行各业并取得了极为杰出的成就，信息技术已成为现代化企业不可或缺的重要因素，但是也正因为信息技术不断发展，信息技术知识普及范围和深度不断加大，人们通过网络也更容易获得计算机信息技术知识，加上制造技术的升级，各类网络监听设备和监听手段近年来也层出不穷，给个人和企业带来严重的损失，因此网络时代的通信安全性和保密性成为了当前越来越多的人关注的重点，因为有必要分析当前通信保密性技术和安全性技术，其中的物理层安全及时就是整个信息通信安全防护体系中的组成部分，能够有效的保证通信的安全性。

关键词：计算机；信息技术；通信；物理层；安全技术

无论对于个人、社会企业还是国家，在当前信息时代背景下，通信安全和保密都是一个极为重视的内容，一旦通信被窃取或者监听，那么将会给个人、社会企业、国家带来严重的经济损失和精神损失，所以保密性通信技术也随着信息技术的发展不断完善，但是相关的监听设备和窃取手段也在不断的发展，因此根据当前的信息技术特点来加强各方面的通信防护工作受到各界广泛赞同，而本文主要从物理层安全防护技术层面来简单的分析保密通信的安全基本框架和窃听信道模型，以期望能够给予相关人士提点有利的参考。

1 信息通信分层结构

无论是否是保密性通信，根据当前的信息技术特点，在通信上采用的是分层协议结构，总体来说可以分为三层，应用层、网络层和物理层，为了能够确保整个通信的有效性和可靠性，为人们提供更好的通信服务，会采用各种手段来提高通信的速度和质量，如抗干扰手段、增加信息源传输等，而针对通信过程中出现的监听、窃听、窃取等现象，通常会采用一系列的安全防护手段，根据通信三个分层结构，通常在每层有具有不同的安全通信防护手段，如网络层的数据传输监控技术等，而本文主要研究的侧重点是物理层的安全防护技术，物理层安全防护技术主要有物理层密钥、安全编码技术、协作干扰技术等，这些综合性的防护性技术运用在物理层，能够极大的确保物理层信息数据的安全性，因此对于提高通信的保密性有较强的作用，能够有效提高通信的质量和保密性。

2 信息通信中安全技术应用相关认识

在传统的信息通信中，相关的安全防护技术通常都应用在应用层等高层层面上，而且通常都是采用通信加密的方式来确保通信的保密性和安全性，相对于应用层，物理层的安全防护重视力度就明显要轻于应用层，物理层应用的安全防护技术主要讲究的是通过对信道进行处理和防护，从而确保通信信道的安全性和保密性，最终达到安全保密通信的目的，但是也由于无线信号本身所具备的开放性，辐射性特点，使得无线信道容易出现拥堵，攻击者通过各种非法的手段使整个无线信道堵塞，合法用户就无法利用该信道进行合法通信；其次如果利用无线通信模式进行通信，没有一个合理的鉴权机制，那么也很容易使攻击者在未经授权的前提下避开一些安全措施并接入到网络中，这就很容易获得一些较为私密的信息，最后是无线通信中传输的介质也同样具备了开发性，导致很多窃听者不需要很高的技术也不需要很高的设备都能捕捉导致通信信息，而这种窃听方式通常很难去分辨真正的窃听者，即便是合法的用户也有可能就是窃听人员。

3 常见的物理层安全技术应用情况

（一）安全编码技术

安全编码技术是物理层常用的一种安全性技术，采用这种方式主要是确保连接网络的合法用户能够获得可靠而安全的通信信道，如果非法用户比合法用户的信道条件更差，那么非法用户无法获得信道中的可辨识信息。从当前各国的安全编码技术应用情况来看，当前国际上有很多种类的信道编码，常见的信道编码有极化码、格型编码以及LDPC码等，这些信道编码在应用上适当的改变一定的适应性，那么能够较为容易的达到保密容量极限，这种能够实现Naomi容量的信道编码就是所谓的安全编码，除了上述提到的几种常用的安全编码外，还有一些代数预编码、空时编码等都能够有一定的安全防护作用，能够对安全通信有一定的作用。

（二）密钥技术

无线通信作为当前的主流通信方式，其通信方式的开放性遗留了一定的安全问题，给整个通信的安全性带来较大的威胁，但是无线信道也具有一些特性是有利于通信保密和安全，例如无线信道就具备了互易性以及唯一性特点，这个特点最典型的表现就是利用无线信道通信的双方在通信过程中，短时间中双方得到的信道特征函数是相同的，利用这一特点，通信人员如果将信道的状态作为一种密钥的方式进行通信，那么这种密钥具有特异性，可以跳过传统的密钥管理、密钥分发等步骤即可实现通信加密。当然除了上述的研究外，很多的研究学者还集中对无线信道特点来生产、管理和分发密钥，并充分的融合一些具体的系统或技术，如目前市场上较为主流的UMB宽带系统，用以生成新的密钥计算方法，这些新的密钥生产、分发和管理方法能够有效的提高无线通信的安全性，但是从实践也看出其需要注意的问题是虽然说通信双方在短时间通信中具有相同的信道函数特征，但是通信双方的评价是有一定的差异，这个差异如果控制在一定范围内则不会对生成的密钥产生影响，但是一旦差异过大，那么必将影响密钥的合理性。

（三）协作干扰技术

根据以往的窃听信道研究情况来看，要想保证一定的保密容量，那么就要求了合法用户的信道容量要高于窃听者的信道容量，那么才能够有效的避免被窃听者获得到相关的通信信息，而写作干扰技术就是为了满足上述条件而产生的一种技术，这种技术通过差异化的干扰使窃听者的信道噪声水平提高，那么窃听者的信道容量将会下降，即满足了窃听者的信道容量要小于合法用户的信道容量，从而保证窃听者无法获取到私密的通信信息。例如协作干扰中有多天线常见和多中继场景，就拿多天线场景来说，在人工加噪上，信息量的总和其实是有效的信息和噪声信息，对于合法用户来说，噪声信息会和信道特征相正交，最终得到合法信道系统为一个常数，而非法者的信道特征并不和噪声相互正交，得到的信道系数不固定，会随机变化，那么较为容易的判断出那些是合法用户，那些是非法用户。

4 结束语

随着社会经济的发展，科学技术的进步，计算机信息技术的发展速度日益加快，传统的有线网络通信逐渐被无线网络所替代，而由于无线网络同喜其本身的通信特点，在通信过程中极为容易的被他人所窃听，从而给个人、社会企业、国家等带来严重的损失，为了切实的避免这一窃听现在，本文主要从物理层面分析了安全技术的特点、认识、结构以及运用情况进行了简单的分析，对当前运用的较为常见的安全防护措施进行了阐述，以期望能够促进无线通信的发展。

参考文献

[1] 李为，陈彬，魏急波等.基于接收机人工噪声的物理层安全技术及保密区域分析[J].信号处理，2012，28（9）：1314-1320.

[2] 龙航，袁广翔，王静等.物理层安全技术研究现状与展望[J].电信科学，2011，27（9）：60-65.

[3] 张应宪**，刘爱军，王永刚等.卫星通信物理层安全技术研究展望*[J].电讯技术，2013，（3）：363-370.

[4] 郝文婷.卫星通信物理层安全技术探析[J].硅谷，2014，（11）：80-80，93.

[5] 胡金波.宽带无线接入网物理层安全技术的研究[D].南京邮电学院，2003.

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