文档介绍：分类号密级 UDC注1 学位论文无线网络物理层安全协议研究(题名和副题名) 陈大江(作者姓名) 指导教师秦志光教授博导电子科技大学成都(姓名、职称、单位名称) 论文答辩日期 学位授予单位和日期电子科技大学 2014年6月25日答辩委员会主席评阅人注1:注明《国际十进分类法UDC》的类号。 RESEARCH ON PHYSICALLAYERSECURITY PROTOCOL WORK A Doctor Dissertation Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Information munication Engineering Author: Chen Dajiang Advisor: Prof. QinZhiguang School: School puter Science & Engineering 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名: 日期: 年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘, 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 作者签名: 导师签名: 日期: 年月日摘要 I 摘要由于无线信道的广播特性,无线通信容易受到信息窃听、消息篡改、节点冒充等攻击,因此,无线网络安全引起了国内研究者的极大关注。然而,随着攻击者可获取的计算资源持续提升,以及无线设备的能量与计算资源限制,基于计算安全的密码体系制约着无线网络的进一步发展。因此,作为一种可行的解决方案, 具有低能耗、低运算量、高安全性的物理层安全协议已经成为当前无线安全领域的研究热点之一。本文的研究主要围绕基于物理层的密钥分配和消息认证两个领域展开。针对现有基于物理层密钥分配方法密钥率低、密钥熵低、对移动性的依赖强等问题, 提出更加适合实际环境的高效率、高密钥熵、不依赖移动性的密钥分配方案,为无线网络快速、安全的密钥分配提供保障;针对现有基于无噪声信道的消息认证协议效率低、安全性低的问题,提出新的基于噪声信道的认证框架和高效的、高安全性的消息认证协议,填补基于物理层消息认证的理论空白,为无线网络的消息认证提供理论依据和方法指导。本文的主要研究内容和创新点包括: 、密钥熵低、依赖移动性的问题,设计基于人工干扰的密钥分配算法SmokeGrenade。该算法通过协助节点策略性的产生人工干扰,改变密钥分配节点间通信信道的CSI测量值。同时,利用协助节点与两个密钥分配节点中的一个节点的安全信息交互,恢复密钥节点间测量值的相关性。从而实现高密钥熵、高效率、适用于静态环境的安全密钥分配。理论结果证明,当标准化的干扰功率为1时,SmokeGrenade的密钥率是传统基于物理层密钥分配方法的3倍。实验结果表明,与传统的基于物理层的密钥分配协议相比, SmokeGrenade具有更高的密钥熵、密钥率,且减少对环境移动性的依赖。 、比特量化效率低的问题,提出基于干扰复用和自适应多比特量化的密钥分配协议SKEAN。该协议通过干扰复用策略来增加密钥分配节点CSI测量值的获取效率,再利用低熵值消除和随机置换策略来消除低熵值点并破坏相邻点的相关性,最后,采用自适应的多比特量化策略来提高比特提取效率。理论结果证明,当相干时间为200ms 且标准化的干扰功率为1时,那么SKEAN在理论上的密钥率至少可以达到传统基于密钥分配协议的100倍。实验结果进一步表明该协议具有极高的实用性和可靠性。摘要 II