專題：物理層安全技術(shù)

特邀策劃人

畢業(yè)于國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)通信工程專業(yè)?，F(xiàn)任國防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。全軍優(yōu)秀教師，軍隊(duì)院校育才金獎(jiǎng)獲得者，國家精品課程、國家精品資源共享課程《信息論與編碼基礎(chǔ)》負(fù)責(zé)人。

承擔(dān)多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金、國家“863”、武器裝備預(yù)研等項(xiàng)目，在IEEE Trans等發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文30余篇。先后榮獲省部級科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，軍隊(duì)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國家發(fā)明專利4項(xiàng)，國防專利1項(xiàng)，軟件著作權(quán)1項(xiàng)。公開出版教材7部。主要研究方向：信息處理與通信信號分析、通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。

畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)信息與通信工程專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士、碩士和博士學(xué)位，日本靜岡大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士，加拿大蒙特利爾大學(xué)博士后，先后任職西安電子科技大學(xué)副教授、蒙特利爾大學(xué)及麥吉爾大學(xué)高級研究員?，F(xiàn)任華僑大學(xué)教授，中國電子學(xué)會(huì)高級會(huì)員，中國電子學(xué)會(huì)信息論專委會(huì)委員，IEEE學(xué)會(huì)會(huì)員，長期擔(dān)任國內(nèi)外重要期刊及會(huì)議論文評審人。主持完成國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等10余項(xiàng)，參加國家和省部級項(xiàng)目10余項(xiàng)。主要研究方向：信道編碼和物理層安全通信。

內(nèi)容導(dǎo)讀

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代通信技術(shù)面臨著不斷更迭的安全威脅，此外由于數(shù)以億計(jì)的設(shè)備接入無線通信系統(tǒng)中，用戶隱私竊聽和攻擊事件頻頻發(fā)生，無線通信的安全問題顯然已成為限制無線通信業(yè)務(wù)廣泛開展的嚴(yán)重障礙。物理層安全(Physical Layer Security，PLS)技術(shù)作為增強(qiáng)無線通信安全性的新手段，利用物理層信道特性來保護(hù)需要傳輸?shù)男畔?，?shí)現(xiàn)了安全與通信一體化，它與現(xiàn)有密碼技術(shù)的結(jié)合能夠更好地彌補(bǔ)無線信道開放性帶來的安全缺陷。隨著無線通信各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，物理層的資源也逐漸被充分利用起來，物理層安全技術(shù)在未來通信系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。為了讓大家對物理層安全技術(shù)有深入的認(rèn)識(shí)，我們組織了本專題。

在5G無線通信系統(tǒng)中，高效、快速、安全地傳輸信息對整個(gè)通信系統(tǒng)有著重大意義。論文“5G通信背景下物理層安全技術(shù)研究”對5G通信安全架構(gòu)、通信系統(tǒng)的各協(xié)議層存在的安全威脅、物理層存在的安全問題和安全技術(shù)等進(jìn)行了介紹，并基于物理層密鑰生成技術(shù)和物理層加密技術(shù)提出了解決方案。論文“基于無線信道特征的內(nèi)生安全通信技術(shù)及應(yīng)用”從無線通信網(wǎng)絡(luò)的根源出發(fā)，面向無線信道的內(nèi)生屬性，研究了基于無線信道特征的內(nèi)生安全通信架構(gòu)，提出了基于射頻指紋與信道密鑰的內(nèi)生安全通信技術(shù)方案，旨在從體系結(jié)構(gòu)上增強(qiáng)防御效果和安全性能。論文“一種基于物理層加密的OFDM 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”提出了一種基于物理層加密的OFDM 通信系統(tǒng)，通過加密調(diào)制聯(lián)合設(shè)計(jì)，在復(fù)數(shù)域?qū)φ{(diào)制后的復(fù)數(shù)信號進(jìn)行等距變換，以混淆原始信號波形特征，可實(shí)現(xiàn)低功耗、低復(fù)雜度、低時(shí)延的物理層加密。

針對物理層調(diào)制加密技術(shù)，論文“面向物理層安全的廣義隨機(jī)空間調(diào)制技術(shù)”針對竊聽信道質(zhì)量優(yōu)于合法信道質(zhì)量時(shí)的物理層安全傳輸問題，提出了一種廣義隨機(jī)空間調(diào)制技術(shù)，利用合法信道的瞬時(shí)狀態(tài)信息隨機(jī)擾亂比特到符號的映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)物理層安全傳輸。論文“基于遺傳算法的全索引調(diào)制物理層加密算法” 針對竊聽者通過搜索檢測信道子塊導(dǎo)致傳輸安全性無法得到保證的問題，利用密鑰生成技術(shù)提取初始密鑰作為混沌發(fā)生器的初始值產(chǎn)生混沌序列，再利用該混沌序列對子塊進(jìn)行星座點(diǎn)映射和星座旋轉(zhuǎn)，打亂了星座階數(shù)和調(diào)制類型的特征，使得竊聽者難以破解系統(tǒng)的參數(shù)，從而有效地提高全索引調(diào)制系統(tǒng)的安全傳輸性能。

非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)是一種新型的多址接入技術(shù)，可以顯著提升網(wǎng)絡(luò)的接入用戶數(shù)，是海量連接場景中一個(gè)重要的候選空口技術(shù)。論文“全雙工竊聽者主動(dòng)干擾的協(xié)作NOMA網(wǎng)絡(luò)性能分析”研究了瑞利衰落信道下協(xié)作非正交多址系統(tǒng)的安全性能，推導(dǎo)了安全中斷概率的近似表達(dá)式，分析了各節(jié)點(diǎn)傳輸信噪比與功率分配因子對系統(tǒng)中斷概率的影響。論文“自適應(yīng)竊聽下NOMA用戶協(xié)作干擾的物理層安全研究”提出了一種新型的協(xié)作NOMA方案，通過將強(qiáng)用戶充當(dāng)中繼來協(xié)助轉(zhuǎn)發(fā)弱用戶信號，而弱用戶采用全雙工技術(shù)向竊聽者發(fā)送干擾信號，從而提高通信鏈路的安全性和用戶的服務(wù)質(zhì)量。論文“基于NOMA的協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)安全性能分析”從物理層安全角度研究了基于NOMA的多中繼協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)的安全性能，針對兩種常見的通信場景，分別對正交接入和非正交網(wǎng)絡(luò)的安全性能進(jìn)行了理論推導(dǎo)及對比分析，驗(yàn)證了相同信道條件下NOMA網(wǎng)絡(luò)可取得比OMA網(wǎng)絡(luò)更好的安全性能，隨著中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加，NOMA網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢將更為明顯。

最后，論文“能量采集技術(shù)在主動(dòng)竊聽系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”針對基于能量采集技術(shù)的可疑通信網(wǎng)絡(luò)的主動(dòng)竊聽場景，推導(dǎo)了主動(dòng)竊聽不中斷概率的半閉合表達(dá)式，分析結(jié)果表明，能量采集時(shí)間、采集效率與可疑接收者的發(fā)射功率都是影響主動(dòng)竊聽性能的主要因素，且相互之間都存在正比關(guān)系。

綜上所述，本專題包含了物理層安全技術(shù)綜述、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)分析等多個(gè)層次的文獻(xiàn)，能夠反映物理層安全調(diào)制、NOMA安全傳輸、竊聽系統(tǒng)中能量采集等技術(shù)的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵結(jié)論，希望能夠給廣大讀者提供有益的啟示和參考。衷心感謝各位作者精心撰稿！