[发明专利]基于信道相位的物理层身份认证方法及系统

说明书

本申请涉及一种基于信道相位的物理层身份认证方法及系统。所述方法包括：通过利用合法节点利用信道相位响应的互易性进行信息交换，并将密钥信息隐藏在信息交互阶段，且在最后进行身份认证时采用二元假设检验完成认证，其间，还通过本方法中给出了假设检验统计量的均值和方差封闭表达式直接对假设检测统计量进行计算，有效的提高了身份认证性能以及认证的效率。

技术领域

本申请涉及物理层认证技术领域，特别是涉及一种基于信道相位的物理层身份认证方法及系统。

背景技术

物理层认证技术提供了第一安全通信的保护线，可以有效防止窃听和模仿攻击。这基于物理层无线的认证机制通道可以分为两种类型：无密钥和基于密钥。无密钥物理层认证方案主要利用通道之间的差异合法通道的状态信息(CSI)和窃听通道以成功实现认证。但是，经过身份验证的特定位置要求用户可能会导致模仿攻击。基于密钥的物理层认证是一种主动认证机制，它采用了无线信道的衰落特性隐藏共享密钥并通过信息交互。目前，二元假设检验方法常用于基于密钥的物理层认证。然而，假设的基础理论研究认证技术的测试还处于起步阶段。

而基于密钥的物理层认证技术是利用信道幅度的随机性来保护查询和响应信号，利用无线信道的互易性实现身份认证。在现有技术中，提出了一种应用于中继网络场景的新型物理层认证机制，利用不同信道的随机性和去相关特性来实现响应分析和目标身份认证。这些认证方案基于随机性信道幅度。然而，这些方案基于信道幅度只包含一个信息维度，这限制了认证性能。还有一些文献中提出了一种多载波信道的信道相位被用于物理层认证方案，该方案通过在接收和发送信号的阶段嵌入共享密钥来进行认证。虽然通过使用信道阶段提高了认证性能，但该文献中假设检验变量不是最优的。在另一文献中，提出了设计良好的假设检验统计量以获得更好的认证性能。然而，在该文献中给出了部分的理论封闭形式表达式，但是其仅仅只能在高信噪比区域是紧密的。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高认证性能的基于信道相位的物理层身份认证方法及系统。

一种基于信道相位的物理层身份认证方法，所述方法实施于认证端与被认证端之间，使得认证端对被认证端的身份是否为合法身份进行判断，若所述被认证端为合法身份，则所述被认证端与认证端均配置有相同的共享密钥，所述方法包括：

由所述被认证端向所述认证端发送认证请求，所述认证端根据认证请求向被认证端发送认证响应信号；

所述被认证端在接收到认证响应信号后根据该信号以及己方的密钥生成响应信号，并将其发送给认证方；

所述认证方对所述响应信号进行相应处理后结合共享密钥进行认证，在进行认证的过程中通过构建二元假设检验分别假设所述响应信号中的密钥来自于非法身份或者合法身份，并分别计算这两个假设的假设检验统计变量，最后根据所述假设检验统计变量与预设的门限阈值进行比较后判断其中一个假设为真，以此对被认证方的身份进行认证；

其中，构建的二元假设检验为：

在上式中，K_t为被认证端用有的密钥，K_E为被认证端为非法身份时拥有的密钥，K_A为被认证端为合法身份时拥有的密钥；

且二元假设检验的假设检验统计变量分别表示为：

当计算的假设检验统计变量时，采用以下公式直接对的概率分布函数进行计算：

当计算的假设检验统计变量时，则采用以下两个公式分别计算出的均值及方差：

在上式中，表示的均值，而表示的方差。