CN108934012B - 基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法，其特征在于，包括：发射端基于最优隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，标记信号包括认证信号和信息信号，在最优隐蔽性协议中，接收端向发射端反馈信噪比阈值，优化信息信号的能量分配因子和信噪比阈值；接收端接收标记信号，基于最优隐蔽性协议，向发射端反馈信噪比阈值，对标记信号进行处理，获得保密认证概率；基于接收的信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率、隐蔽认证拒绝概率；并且基于保密认证概率、认证请求传输概率、隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级，根据优化的信噪比阈值和优化的能量分配因子，获取保密认证效率的最大值。

Description

基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法及系统
技术领域
本公开涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法及系统。
背景技术
随着无线设备的快速普及，对发射器认证的需求也急剧增长，物理层认证与基于上层密码工具的传统认证技术相比具有两个主要优势：首先，物理层认证通过允许非法接收方仅对其进行噪声观察来保护标签，从信息论的角度来看是相对安全的。其次，物理层认证使得合法的接收方能够快速的区分合法发射段和非法发射段，无需完成更高层处理。物理层设计的认证方案通常可以分为被动形式和主动形式两大类。
本文重点研究主动式，在发射端的消息信号中嵌入认证信号，然后在接收段处提取认证信号。常见的现有技术有：(1)使用时分多路复用方法将认证信号附加到数据上，但这需要额外的传输时间，并且容易将认证信号暴露给非法接收端，因为认证信号具有与消息信号相同的信噪比(SNR)；(2)对于OFDM系统，通过根据认证信号在子载波上重复某些消息符号来产生环路平稳签名，这浪费了消息吞吐量；(3)频率偏移根据认证信号进行修改，然而，每秒传输的认证信号的比率相对较低；(4)对于预编码的双二进制信令系统，根据认证信号修改某些初始位，这种方案使得未知的接收段恢复消息信号具有挑战性，违背了隐蔽性的要求。
当前使用最广泛的认证技术是认证叠加(Auth-SUP)技术，认证叠加技术能够通过软件无线电平台提供和分析实验结果。通过分析，认证叠加技术可以在一定程度上克服上述四种现有技术的缺点，满足有效认证技术的要求。
然而，有效的物理层认证技术通常需要同时考虑安全性，鲁棒性和隐蔽性。具体而言，安全性通常是指非法接收端不能通过各种攻击(包括干扰攻击，重放攻击和模拟攻击)轻易地破坏身份认证；鲁棒性通常是指在随机衰落环境中存在传输，认证方案能够抵抗信道衰落和噪声影响；隐蔽性通常是指接收段在不知道认证方案的情况下，不能够检测到认证信号是异常的。尽管现有的技术已经提出了一个通用的物理层认证框架来综合评估安全性和鲁棒性，但是在隐蔽性方面，由于其多样性和复杂性，现有技术对隐性水平缺乏量化分析，还有很多改善的余地。
发明内容
本公开是有鉴于上述的状况而提出的，其目的在于提供一种能够更好评估请求延迟和隐蔽性能的基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法及系统。
为此，本公开的第一方面提供了一种基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法，是包含发射端和接收端的无线通信系统的物理层认证方法，其特征在于，包括：所述发射端基于最优隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，所述标记信号包括认证信号和信息信号，在所述最优隐蔽性协议中，所述接收端向所述发射端反馈信噪比阈值，优化所述信息信号的能量分配因子和所述信噪比阈值；所述接收端接收所述标记信号，基于所述最优隐蔽性协议，向所述发射端反馈信噪比阈值，对所述标记信号进行处理，获得保密认证概率；基于接收的所述信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率；并且基于所述保密认证概率、所述认证请求传输概率和所述隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级，根据优化的所述信噪比阈值和优化的所述能量分配因子，获取所述保密认证效率的最大值。
在本公开中，所述发射端基于最优隐蔽性协议发射标记信号，所述接收端接收所述标记信号，基于最优隐蔽性协议经过处理获得保密认证效率(secrecy authenticationefficiency，SAE)。其中，所述最优隐蔽性协议规定所述接收端向所述发射端反馈信噪比阈值，优化所述信息信号的能量分配因子和所述信噪比阈值。在这种情况下，基于最优隐蔽性协议和用于物理层认证的衡量指标——保密认证效率(SAE)，能够更好评估隐蔽等级。
在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，在所述最优隐蔽性协议中，设置信噪比阈值μ满足
Figure BDA0001646458480000031
其中，Rb表示常规信号速率，能量分配因子
Figure BDA0001646458480000032
需要满足下式(Ⅰ)：
Figure BDA0001646458480000033
其中，εART是认证请求传输概率的下限，
Figure BDA0001646458480000034
γb表示平均信噪比。由此，能够调节能量分配因子
Figure BDA0001646458480000035
在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，在所述最优隐蔽性协议中，设置信噪比阈值μ满足μ＝0，能量分配因子
Figure BDA0001646458480000036
需要满足下式(Ⅱ)：
Figure BDA0001646458480000037
其中，其中，εART是认证请求传输概率的下限，
Figure BDA0001646458480000038
γb表示平均信噪比。由此，能够调节能量分配因子
Figure BDA0001646458480000039
在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，所述优化的信噪比阈值μ满足下式(Ⅲ)：
Figure BDA00016464584800000310
在这种情况下，能够得到优化的信噪比阈值μ。
在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，若εART+εACR＜1，优化的所述能量分配因子
Figure BDA00016464584800000311
满足(Ⅳ)：
Figure BDA00016464584800000312
其中PSA为所述保密认证概率。在这种情况下，能够得到优化的能量分配因子
Figure BDA00016464584800000313
在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，若εART+εACR≥1，优化的所述能量分配因子
Figure BDA0001646458480000041
满足(Ⅴ)：
Figure BDA0001646458480000042
其中PSA为所述保密认证概率。在这种情况下，能够得到优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000043
在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，信道假设条件是所述接收端的信道状态信息已知。在这种情况下，基于最优隐蔽性协议可以更好评估隐蔽性能。
在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，所述保密认证效率由下式(Ⅵ)计算得到：η＝PART(1-PACR)PSA(Ⅵ)，其中，PART表示所述认证请求传输概率，PACR表示所述隐蔽认证拒绝概率，PSA表示所述保密认证概率。由此，能够确定物理层认证的隐蔽等级。
在本公开第一方面所涉及的物理层认证方法中，所述信息信号的信干噪比由下式(Ⅶ)计算得到：
Figure BDA0001646458480000044
其中，
Figure BDA0001646458480000045
表示所述信息信号的能量分配因子，
Figure BDA0001646458480000046
表示所述认证信号的能量分配因子，所述标记信号分块发送，γb,i表示第i块标记信号在所述接收端的信道信噪比，hb,i表示第i块标记信号的信道增益，
Figure BDA0001646458480000047
表示所述接收端的噪声方差。由此，能够得到隐蔽认证拒绝概率，进而判断物理层认证的隐蔽等级。
本公开的第二方面提供了一种基于最优隐蔽性协议的物理层认证设备，其特征在于，包括：处理器，其执行所述存储器存储的计算机程序以实现上述任一项所述的物理层认证方法；以及存储器。
本公开的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现上述任一项所述的物理层认证方法。
本公开的第四方面提供了一种基于最优隐蔽性协议的物理层认证系统，其特征在于，包括：发射装置，所述发射装置基于最优隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，所述标记信号包括认证信号和信息信号，在所述最优隐蔽性协议中，所述接收装置向所述发射装置反馈信噪比阈值，优化所述信息信号的能量分配因子和所述信噪比阈值；接收装置，其包括：处理模块，其接收所述标记信号，基于所述最优隐蔽性协议，向所述发射端反馈信噪比阈值，对所述标记信号进行处理，获得保密认证概率；计算模块，其基于接收的所述信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率；以及判定模块，其根据所述保密认证概率、所述认证请求传输概率和所述隐蔽认证拒绝的概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级，根据优化的所述信噪比阈值和优化的所述能量分配因子，获取所述保密认证效率的最大值。
在本公开中，所述发射装置基于最优隐蔽性协议发射标记信号，所述接收装置接收所述标记信号，基于最优隐蔽性协议经过处理获得保密认证效率(SAE)。其中，所述最优隐蔽性协议规定所述接收装置向所述发射装置反馈信噪比阈值，优化所述信息信号的能量分配因子和所述信噪比阈值。在这种情况下，基于最优隐蔽性协议和用于物理层认证的衡量指标——保密认证效率(SAE)，能够更好评估隐蔽等级。
在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，在所述最优隐蔽性协议中，设置信噪比阈值μ满足
Figure BDA0001646458480000051
其中，Rb表示常规信号速率，能量分配因子
Figure BDA0001646458480000052
需要满足下式(Ⅰ)：
Figure BDA0001646458480000053
其中，εART是认证请求传输概率的下限，
Figure BDA0001646458480000054
γb表示平均信噪比。由此，能够调节能量分配因子
Figure BDA0001646458480000055
在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，在所述最优隐蔽性协议中，设置信噪比阈值μ满足μ＝0，能量分配因子
Figure BDA0001646458480000056
需要满足下式(Ⅱ)：
Figure BDA0001646458480000057
其中，εART是认证请求传输概率的下限，
Figure BDA0001646458480000061
γb表示平均信噪比。由此，能够调节能量分配因子
Figure BDA0001646458480000062
在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，所述优化的信噪比阈值μ满足下式(Ⅲ)：
Figure BDA0001646458480000063
在这种情况下，能够得到优化的信噪比阈值μ。
在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，若εART+εACR＜1，优化的所述能量分配因子
Figure BDA0001646458480000064
满足(Ⅳ)：
Figure BDA0001646458480000065
其中PSA为所述保密认证概率。在这种情况下，能够得到优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000066
在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，若εART+εACR≥1，优化的所述能量分配因子
Figure BDA0001646458480000067
满足(Ⅴ)：
Figure BDA0001646458480000068
其中PSA为所述保密认证概率。在这种情况下，能够得到优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000069
在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，信道假设条件是所述接收端的信道状态信息已知。在这种情况下，基于最优隐蔽性协议可以更好评估隐蔽性能。
在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，在所述判定模块中，所述保密认证效率由下式(Ⅵ)计算得到：η＝PART(1-PACR)PSA (Ⅵ)，其中，PART表示所述认证请求传输概率，PACR表示所述隐蔽认证拒绝概率，PSA表示所述保密认证概率。由此，能够确定物理层认证的隐蔽等级。
在本公开第四方面所涉及的物理层认证系统中，在所述计算模块中，所述信息信号的信干噪比由下式(Ⅶ)计算得到：
Figure BDA00016464584800000610
其中，
Figure BDA00016464584800000611
表示所述信息信号的能量分配因子，
Figure BDA00016464584800000612
表示所述认证信号的能量分配因子，所述标记信号分块发送，γb,i表示第i块标记信号在所述接收端的信道信噪比，hb,i表示第i块标记信号的信道增益，
Figure BDA0001646458480000071
表示所述接收端的噪声方差。由此，能够得到隐蔽认证拒绝概率，进而判断物理层认证的隐蔽等级。
与现有技术相比，本公开的示例具备以下有益效果：
在现有的技术中，由于系统的多样性和复杂性，缺乏对隐蔽水平的定量分析，因此，本公开设计了一种最优隐蔽性协议并提出了一种新的用于物理层认证的衡量指标——保密认证效率(SAE)，能够更好评估物理层认证的隐蔽性能。
附图说明
图1是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证方法的信号认证示意图。
图2是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证方法流程示意图。
图3是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证方法发射端发射信号的结构示意图。
图4是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证方法的接收端保密认证效率波形示意图。
图5是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证方法的非法接收端保密认证效率波形示意图。
图6是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证系统结构示意图。
图7是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证系统接收装置信号处理模块示意图。
图8是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证设备的结构示意图。
具体实施方式
以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。
本公开提供了基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法、设备和系统。在本公开中，能够更加准确地评估物理层认证的请求延迟和隐蔽性能。以下结合附图进行详细描述本公开。
图1是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证方法的信号模型示意图。如图1所示，基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法、设备和系统可以是具有发射端和接收端的无线通信系统的物理层认证方法、设备和系统。其中，接收端可以包括合法接收端和非法接收端。
如图1所示，发射端用于向无线信道发射信号。发射端通常是合法发送方。发射端也可以包括非法发送方。下文提及的发射端均是指合法发送方。接收端接收发射端发射的信号。由于接收端可以包括合法接收端和非法接收端，故发射端发射的信号既可以被合法接收端接收，也可能被非法接收端接收。
在一些示例中，接收端可以是测试接收端。测试接收端通常是指用于检测发射端的发射信号的接收端。例如，测试接收端可以是在模拟日常生活中的无线信道的场景下，用于检测发射端发射信号的测试设备。其中，测试接收端可以包括合法接收端和非法接收端。
在一些示例中，发射端可以是两个或两个以上，接收端可以是两个或两个以上。具体而言，合法接收端可以是两个或两个以上，非法接收端也可以分别是两个或两个以上。
在一些示例中，如图1所示，在非法接收端存在的情况下，发射端发送认证请求，合法接收端向发射端反馈信噪比阈值。
在一些示例中，上述图1的信号模型中的发射端或接收端可以包括基站或用户设备。接收端还可以包括用户设备或测试设备。基站(例如接入点)可以是指接入网中在空中接口上通过一个或多个扇区与无线终端通信的设备。基站可用于将收到的空中帧与IP分组进行相互转换，作为无线终端与接入网的其余部分之间的路由器，其中，接入网的其余部分可包括网际协议(IP)网络。基站可以协调对空中接口的属性管理。例如，基站可以是GSM或CDMA中的基站(BTS，Base Transceiver Station)，可以是WCDMA中的基站(NodeB)，可以是LTE中的演进型基站(NodeB或eNB或e-NodeB，evolutional Node B)。
在一些示例中，用户设备或测试设备可以包括但不限于智能手机、笔记本电脑、个人计算机(Personal Computer，PC)、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、移动互联网设备(Mobile Internet Device，MID)、穿戴设备(如智能手表、智能手环、智能眼镜)等各类电子设备，其中，该用户设备的操作系统可包括但不限于Android操作系统、IOS操作系统、Symbian(塞班)操作系统、Black Berry(黑莓)操作系统、Windows Phone8操作系统等。
图2是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证方法流程示意图。
图3是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证方法发射端发射信号的结构示意图。
在一些示例中，基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法(有时简称“物理层认证方法”)，是具有发射端和接收端的无线通信系统的物理层认证方法。其中，接收端可以包括合法接收端和非法接收端。另外，在下面的描述中，非法接收端有时也称为监听端。
另外，基于图1所示的信号模型，如图2所示，基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法包括发射端基于最优隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，标记信号包括认证信号和信息信号，在最优隐蔽性协议中，接收端向发射端反馈信噪比阈值，优化信息信号的能量分配因子和信噪比阈值(步骤S110)。
在步骤S110中，物理层认证方法的信道假设条件可以是接收端的信道状态信息已知，也即发射端知道接收端的信道状态信息。信道状态信息(Channel State Information，CSI)可以是通信链路的信道属性。例如，信道状态信息可以是信号散射、环境衰弱、距离衰减等信息。
具体而言，如上所述，接收端可以包括合法接收端和非法接收端。发射端知道合法接收端和非法接收端的信道状态信息。例如，发射端知道合法接收端和非法接收端的信道状态信息中的独立统计数据(也称为平均信噪比)γb和γe。独立统计数据γb和γe及其相关计算稍后会有详细介绍。基于上述的信道假设条件，能够通过本公开的物理层认证方法，更好评估物理层认证的隐蔽性能。
在一些示例中，基于上述信号模型，发射端可以向无线信道发射标记信号。也即发射端可以发送认证请求。如图3所示，标记信号可以包括认证信号和信息信号。认证信号可以反应发射端和合法接收端之间共享的密钥知识。信息信号可以反映所要传递的信息。认证信号可以叠加在信息信号上。标记信号可以是成块发射的。标记信号可以由下式(1)计算得到：
xi＝ρssi+ρtti (1)
其中，xi表示第i块标记信号，si表示第i块信息信号，ti表示第i块认证信号。另外，
Figure BDA0001646458480000101
Figure BDA0001646458480000102
表示消息信号的能量分配因子，
Figure BDA0001646458480000103
表示认证信号的能量分配因子。
本实施方式不限于此，发射端可以向无线信道发射常规信号。常规信号中不包括认证信号。也即认证信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000104
为零，此时常规信号可以表示为xi＝si。另外常规信号的速率可以被设置为Rb。
在一些示例中，物理层认证方法遵从的协议可以是最优隐蔽性协议。另外，在上述的信道假设条件下，最优隐蔽性协议对于本公开的物理层优化隐蔽性分析方法有效。最优隐蔽性协议规定了接收端向发射端反馈信噪比阈值(后续具体说明)，优化信息信号的能量分配因子和信噪比阈值。换而言之，最优隐蔽性协议通过优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000105
发送认证请求。优化信息信号的能量分配因子的方法后续详细描述。其中，信息信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000106
可以称为认证协议参数。
在步骤S110中，发射端基于最优隐蔽性协议向无线信道发射标记信号。也即标记信号被发射端发射进入无线信道。其中，无线信道存在信道增益h。故经过无线信道传输的标记信号可以包括信道增益h。
在一些示例中，物理层认证方法还可以包括接收端接收标记信号，基于最优隐蔽性协议，向发射端反馈信噪比阈值，对标记信号进行相关处理，获得保密认证概率(步骤S120)。
在步骤S120中，由于步骤S110中的标记信号是分块发射的，故标记信号可以被接收端分块接收。由于接收端可以包括合法接收端和非法接收端，故在无线通信系统中接收信号的可以包括合法接收端和非法接收端。其中，合法接收端和非法接收端接收的经过无线信道的标记信号可以由下式(2)和式(3)计算得到：
yb,i＝hb,ixi+nb,i (2)
和
ye,i＝he,ixi+ne,i (3)
其中，hb,i表示合法接收端接收的第i块标记信号的信道增益。nb,i表示合法接收端的噪声。he,i表示非法接收端接收的第i块标记信号的信道增益。ne,i表示非法接收端的噪声。另外，hb,i服从0均值方差为
Figure BDA0001646458480000111
的复高斯分布。hei服从0均值方差为
Figure BDA0001646458480000112
的复高斯分布。nb,i服从0均值方差为
Figure BDA0001646458480000113
的复高斯分布。ne,i服从0均值方差为
Figure BDA0001646458480000114
的复高斯分布。
在一些示例中，由于标记信号可以被接收端(包括合法接收端和非法接收端)分块接收，其中，合法接收端测得的每块标记信号的信道信噪比分别可以由下式(4)和式(5)计算得到：
Figure BDA0001646458480000115
和
Figure BDA0001646458480000116
其中，
Figure BDA0001646458480000117
表示合法接收端的噪声方差。
Figure BDA0001646458480000118
表示非法接收端的噪声方差。另外，合法接收端和非法接收端测得的标记信号的平均信噪比分别可以由下式(6)和式(7)计算得到：
Figure BDA0001646458480000119
和
Figure BDA00016464584800001110
在一些示例中，基于最优隐蔽性协议和上述的假设信道条件，式(6)和式(7)所示的平均信噪比都可以被发射端获知。
在一些示例中，接收端可以进行信道估计，也即合法接收端和非法接收端可以进行信道估计。通过信道估计，合法接收端和非法接收端可以估计出接收的经过无线信道传输的标记信号yi中的目标标记信号
Figure BDA00016464584800001111
在一些示例中，由于合法接收端知晓最优隐蔽性协议，非法接收端不知道到最优隐蔽性协议，故合法接收端可以基于最优隐蔽性协议进一步处理目标标记信号
Figure BDA00016464584800001112
下面在对信号的处理中所涉及的接收端若无特别说明均是指合法接收端。
在一些示例中，设置了两种信噪比阈值下的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000121
(两种信噪比阈值下的
Figure BDA0001646458480000122
可以参见式(13)和式(14))。另外能量分配因子
Figure BDA0001646458480000123
也可以是优化后的值。又因为
Figure BDA0001646458480000124
故认证信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000125
的值也可以确定。故在知道
Figure BDA0001646458480000126
和
Figure BDA0001646458480000127
的情况下，接收端可以提取出目标标记信号
Figure BDA0001646458480000128
中的残余信号ri。
在一些示例中，接收端获取残余信号ri后，可以进一步判断残余信号ri中是否包含认证信号ti。接收端可以根据判断的结果向发射端反馈标记信号的信噪比阈值μ。由于接收端的反馈基于最优隐蔽性协议，故接收端可以是基于最优隐蔽性协议向发射端反馈信噪比阈值μ。另外，在最优隐蔽性协议下信噪比阈值μ在一定范围内具有可行性。信噪比阈值μ的可行范围的获得后续进行详细描述。
另外，在一些示例中，接收端可以判断残余信号ri中是否包含认证信号ti。根据判断的结果接收端可以得到虚警概率(PFA)和检测率(PD)。在虚警概率(PFA)的约束下基于检测率(PD)可以得到保密认证概率(Probability of secrecy authentication，PSA)。保密认证概率(PSA)可以由下式(8)计算得到：
Figure BDA0001646458480000129
其中，PD,1表示合法接收端的检测率，PD,2表示非法接收端的检测率。
Figure BDA00016464584800001210
和
Figure BDA00016464584800001211
分别是合法接收端和非法接收端假设的阈值测试中的最佳阈值。由上式(8)可知，保密认证概率可以通过γbandγe确定。
在一些示例中，物理层认证方法还可以包括基于接收的标记信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率(步骤S130)。
在步骤S130中，规定的接收端接收的标记信号的信干噪比(the terminologymessage-to-interference-plus-noise ratio，MINR)可以由下式(9)计算得到：
Figure BDA0001646458480000131
其中，
Figure BDA0001646458480000132
表示信息信号的能量分配因子。
Figure BDA0001646458480000133
表示认证信号的能量分配因子。由于标记信号分块发送，γb,i表示第i块接收端的信道信噪比。hb,i表示接收端接收的第i块标记信号的信道增益。
在一些示例中，若发射端发射的信号是常规信号，即发射端发射的信号不包括认证信号，则认证信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000134
为零，信息信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000135
为1。由此，
Figure BDA0001646458480000136
若发射端发射的信号是标记信号，则认证信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000137
不为零，由式(9)可知，发射端发射标记信号时的信干噪比(MINR)比发射端发射常规信号时的信干噪比(MINR)小，故发射端发射标记信号时，信干噪比(MINR)满足
Figure BDA0001646458480000138
另外，在一些示例中，最优隐蔽性协议中设置有预定阈值，当信干噪比(MINR)大于预定阈值，则发射端发送认证请求。预定阈值可以设置为
Figure BDA0001646458480000139
其中，Rb表示常规信号速率。在这种情况下，认证请求传输概率(Probability of authentication-requesttransmission，PART)可以根据上述的信干噪比(MINR)得到。基于任意的能量分配因子
Figure BDA00016464584800001310
和信噪比阈值μ，认证请求传输概率(PART)可以由下式(10)计算得到：
Figure BDA00016464584800001311
由此，根据认证请求传输概率(PART)能够衡量认证传输请求延迟的性能。在一些示例中，认证请求传输概率(PART)的值需要满足
Figure BDA00016464584800001312
其中，εART是认证请求传输概率(PART)的下限，基于上述认证请求传输概率(PART)的约束条件，可以得到接收端反馈的信噪比阈值μ的可行范围，即
Figure BDA0001646458480000141
另外，在一些示例中，在标记信号中的信息信号不能实现在接收端无错误地被解码时，接收端就会发生认证隐蔽拒绝事件。此时的认证隐蔽拒绝的概率(Probability ofauthentication-covertness rejection，PACR)可以被认为是认证请求传输概率(PART)条件下的认证隐蔽拒绝概率。认证隐蔽拒绝概率也称隐蔽认证拒绝概率。隐蔽认证拒绝概率(PACR)可以根据上述的信干噪比(MINR)得到。隐蔽认证拒绝概率(PACR)可以由下式(11)计算得到：
Figure BDA0001646458480000142
在一些示例中，在
Figure BDA0001646458480000143
时，认证隐蔽拒绝发生。基于式(11)和上述的信噪比阈值μ的范围，可以得到下式(12)：
Figure BDA0001646458480000144
由此，根据隐蔽认证概率(PACR)能够量度物理层认证技术的隐蔽等级。另外，在最优隐蔽性协议下，隐蔽认证拒绝概率(PACR)需要满足
Figure BDA0001646458480000145
其中，εACR是隐蔽认证拒绝概率(PACR)的上限。基于上述隐蔽认证拒绝概率(PACR)的约束条件，可以得到接收端反馈的信噪比阈值μ的可行范围，即
Figure BDA0001646458480000146
其中，
Figure BDA0001646458480000147
由此，在最优隐蔽性协议下接收端反馈的信噪比阈值μ的可行范围是可以综合上述认证请求传输概率(PART)的约束条件和隐蔽认证拒绝概率(PACR)的约束条件得到的。
另外，在一些示例中，基于上述的认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)，最优隐蔽性协议可以包括两种能够约束信噪比阈值μ的可行范围的情况。
在一些示例中，在最优隐蔽性协议下，可以设置
Figure BDA0001646458480000151
在这种情况下，PACR＝0。认证请求传输概率(PART)的值需要满足
Figure BDA0001646458480000152
由此，能够约束信噪比阈值μ的可行范围。另外，基于
Figure BDA0001646458480000153
的信噪比阈值μ约束情况，能量分配因子
Figure BDA0001646458480000154
需要满足下式(13)：
Figure BDA0001646458480000155
在另一些示例中，在最优隐蔽性协议下，可以设置μ＝0，在这种情况下，PART＝1。隐蔽认证拒绝概率(PACR)需要满足
Figure BDA0001646458480000156
由此，能够约束信噪比阈值μ的可行范围。另外，基于μ＝0的信噪比阈值μ约束情况，能量分配因子
Figure BDA0001646458480000157
需要满足下式(14)：
Figure BDA0001646458480000158
综合上述两种约束信噪比阈值μ的可行范围的情况，对于εART和εACR的约束条件可以由下式(15)获得：
Figure BDA0001646458480000159
其中，
Figure BDA00016464584800001510
在一些示例中，为了更好地调整能量分配因子
Figure BDA00016464584800001511
可以优化信噪比阈值μ。优化的信噪比阈值μ满足下式(16)：
Figure BDA0001646458480000161
在一些示例中，物理层认证方法还可以包括基于保密认证概率、认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级，根据优化的信噪比阈值和优化的能量分配因子，获取保密认证效率的最大值(步骤S140)。
在步骤S140中，保密认证概率(PSA)、认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)可以通过上述步骤S120和S130得到。
在一些示例中，基于保密认证概率(PSA)、认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)计算出保密认证效率(secrecy authentication efficiency，SAE)。
在一些示例中，规定保密认证效率(SAE)可以由下式(17)计算得到：
η＝PART(1-PACR)PSA (17)
其中，PART表示认证请求传输概率(PART)，PACR表示隐蔽认证拒绝概率(PACR)，PSA表示保密认证概率(PSA)。η表示保密认证效率(SAE)。另外，使保密认证效率(SAE)具有非零正值的条件是满足上述信噪比阈值μ的可行范围同时需要满足
Figure BDA0001646458480000162
在一些示例中，保密认证效率(SAE)中包括认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)，其中认证请求传输概率(PART)可以评估物理层认证的请求延迟。隐蔽认证拒绝概率(PACR)可以确定物理层认证的隐蔽等级。由此，保密认证效率(SAE)可以更好评估请求延迟和隐蔽等级。
另外，在一些示例中，在优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000163
和可行性范围内的信噪比阈值μ情况下，受认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)约束的保密认证效率(SAE)获得最大值。具体而言，保密认证效率(SAE)最大值、认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)的关系由下式(18)获得：
Figure BDA0001646458480000171
其中，εACR是隐蔽认证拒绝概率(PACR)的上限，而εART是认证请求传输概率(PART)的下限，Rb表示常规信号速率。
在一些示例中，基于上述的优化的信噪比阈值μ，根据式(18)可以得到下列两种情况下的优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000172
若εART+εACR＜1，化简式(18)可以得到下式(19)：
Figure BDA0001646458480000173
由此，可以得到优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000174
若εART+εACR≥1，化简式(18)可以得到下式(20)：
Figure BDA0001646458480000175
由此，可以得到优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000176
在这种情况下，基于上述的两种情况，能够得到最大化PSA下的最优隐蔽性协议所需的最优能量分配因子
Figure BDA0001646458480000177
并且能够得到最大化的保密认证效率。
在本公开中，发射端基于最优隐蔽性协议发射标记信号，接收端接收标记信号，基于最优隐蔽性协议经过处理获得保密认证效率(SAE)。其中，最优隐蔽性协议规定信息信号的能量分配因子为优化值。另外，基于最优隐蔽性协议，接收端向发射端反馈信噪比阈值为优化值。在这种情况下，基于最优隐蔽性协议和用于物理层认证的衡量指标——保密认证效率(SAE)，能够更好评估隐蔽等级。
图4是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证方法的接收端保密认证效率波形示意图。
在一些示例中，如图4所示，曲线E代表在最优隐蔽性协议下的保密认证效率波形图。曲线A、B、C和D代表在非最优隐蔽性协议下的保密认证效率波形图。
根据图可知，在高信噪比区域，最优隐蔽性协议下保密认证效率比非最优隐蔽性协议下的保密认证效率高。保密认证效率高相应的物理层认证的隐蔽等级越高，因此，在接收端信噪比较高时最优隐蔽性协议更加优越。
图5是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证方法的非法接收端保密认证效率波形示意图。
在一些示例中，如图5所示，曲线E代表在最优隐蔽性协议下非法接收端的保密认证效率波形图。曲线A、B、C和D代表在非最优隐蔽性协议下非法接收端的保密认证效率波形图。
由图可知，相比于非最优隐蔽性协议下的保密认证效率，最优隐蔽性协议下的保密认证效率衰减的最缓慢。通常保密认证效率越高越好，故非最优隐蔽性协议下的曲线D是最差的一种情况。最优隐蔽性协议下的曲线E是最好的一种情况。
综合考虑对合法接收端和非法接收端的不同要求，例如，对合法接收端和非法接收端的保密认证效率(SAE)的不同要求，基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法更加有效。
图6是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证系统结构示意图。
图7是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证系统接收装置信号处理模块示意图。
在一些示例中，基于最优隐蔽性协议的物理层认证系统，是具有发射装置和接收装置的无线通信系统的物理层认证系统。其中，接收装置可以包括合法接收装置和非法接收装置。另外，本公开的发射装置和发射端可以是相同的概念，接收装置和接收端可以是相同的概念。
在一些示例中，如图6所示，基于最优隐蔽性协议的物理层认证系统1(简称物理层认证系统1)可以包括发射装置10和接收装置20。接收装置20可以包括合法接收装置和非法接收装置。
在一些示例中，发射装置10基于最优隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，标记信号包括认证信号和信息信号，在最优隐蔽性协议中，接收装置向发射装置反馈信噪比阈值，优化信息信号的能量分配因子和信噪比阈值。
在一些示例中，发射装置10所在的物理层认证系统1的信道假设条件可以是发射端知道接收端的信道状态信息，也即接收端的信道状态信息已知。具体而言，可以类比上述步骤S110中的信道假设条件。
在一些示例中，发射装置10向无线信道发射标记信号。也即发射装置10可以发送认证请求。标记信号可以包括认证信号和信息信号。认证信号可以反应发射装置10和合法接收装置之间共享的密钥知识。信息信号可以反映所要传递的信息。认证信号可以叠加在信息信号上。标记信号可以是成块发射的。标记信号可以如式(1)所示。本实施方式不限于此，发射装置10可以向无线信道发射常规信号。常规信号中不包括认证信号。
在一些示例中，基于上述的信道假设条件设置了最优隐蔽性协议。发射装置10在向无线信道发射标记信号时，遵从的协议可以是最优隐蔽性协议。最优隐蔽性协议规定了接收装置向发射装置反馈信噪比阈值(后续具体说明)，优化信息信号的能量分配因子和信噪比阈值。换而言之，最优隐蔽性协议通过优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000191
发送认证请求。如图6所示，实线表示发射装置10发送认证请求。优化能量分配因子
Figure BDA0001646458480000192
的方法可以类比上述物理层认证方法中的优化的方法。其中，信息信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000193
可以称为认证协议参数。
在一些示例中，发射装置10基于最优隐蔽性协议向无线信道发射标记信号。其中，无线信道存在信道增益h。故经过无线信道传输的标记信号可以包括信道增益h。
在一些示例中，由于非法接收装置不知道最优隐蔽性协议且与发射装置10之间也没有共享的密钥知识，故非法接收装置对接收到的标记信号通常不能进行处理以进行隐蔽性分析。下面在对信号的处理中所涉及的接收装置20若无特别说明均是指合法接收装置。
在一些示例中，如图6所示，物理层认证系统1还可以包括接收装置20。接收装置20可以用于接收和处理经过无线信道的标记信号。接收装置20向发射装置10反馈信噪比阈值μ。如图6所示，虚线表示接收装置20对发射装置10的反馈。
在一些示例中，如图7所示，接收装置20可以包括处理模块21。处理模块21接收标记信号，基于最优隐蔽性协议，对标记信号进行处理，获得保密认证概率(PSA)。
在一些示例中，由于发射装置10发射的标记信号是分块发射的，故标记信号可以被接收装置20分块接收。由于非法接收装置也可以分块接收标记信号。故接收装置20中的处理模块21和非法接收装置接收到的标记信号分别可以如式(2)和式(3)所示。
在一些示例中，接收装置20中的处理模块21和非法接收装置可以进行信道估计。通过信道估计，处理模块21和非法接收装置可以估计出接收的经过无线信道传输的标记信号yi中的目标标记信号
Figure BDA0001646458480000201
另外，处理模块21和非法接收装置接收的每块标记信号的信噪比SNR分别可以如式(4)和式(5)所示。处理模块21接收的标记信号的平均信噪比SNR分别可以如式(6)和式(7)所示。
在一些示例中，由于接收装置20知晓最优隐蔽性协议，非法接收装置不知道到最优隐蔽性协议，故接收装置20的处理模块21可以基于最优隐蔽性协议进一步处理目标标记信号
Figure BDA0001646458480000202
在一些示例中，设置了两种信噪比阈值下的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000203
(两种信噪比阈值下的
Figure BDA0001646458480000204
可以参见式(13)和式(14))。另外能量分配因子
Figure BDA0001646458480000205
也可以是优化后的值。又因为
Figure BDA0001646458480000206
故认证信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000207
的值也可以确定。故在知道
Figure BDA0001646458480000208
和
Figure BDA0001646458480000209
的情况下，处理模块21可以提取出目标标记信号
Figure BDA00016464584800002010
中的残余信号ri。
在一些示例中，处理模块21获取残余信号ri后，可以判断残余信号ri中是否包含认证信号ti。接收装置20可以根据判断的结果将标记信号的信噪比的阈值μ反馈给发射装置10。也即接收装置20可以是基于最优隐蔽性协议向发射装置10反馈信噪比阈值μ。信噪比阈值μ的可行范围可以类比上述物理层认证方法中的信噪比阈值μ的获取。
另外，在一些示例中，接收装置20可以判断残余信号ri中是否包含认证信号ti。根据判断的结果接收装置20可以得到虚警概率(PFA)和检测率(PD)。基于检测率(PD)可以得到保密认证概率(PSA)。保密认证概率(PSA)可以如式(8)所示。
在一些示例中，如图7所示，接收装置20可以包括计算模块22。计算模块22基于接收的信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率。
在一些示例中，规定的接收装置20接收的标记信号的信干噪比(MINR)可以如式(9)所示。若发射装置10发射的信号是常规信号，即发射装置10发射的信号不包括认证信号，则认证信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000211
为零，信息信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000212
为1。由此，
Figure BDA0001646458480000213
若发射装置10发射的信号是标记信号，则认证信号的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000214
不为零，由式(9)可知，发射端发射标记信号时的信干噪比(MINR)比发射端发射常规信号时的信干噪比(MINR)小，故发射端发射标记信号时，信干噪比(MINR)满足
Figure BDA0001646458480000215
另外，在一些示例中，最优隐蔽性协议中设置有预定阈值，当信干噪比(MINR)大于预定阈值，则发射端发送认证请求。预定阈值可以设置为
Figure BDA0001646458480000216
其中，Rb表示常规信号速率。在这种情况下，基于信干噪比(MINR)、任意的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000217
和信噪比阈值μ，认证请求传输概率(PART)可以由式(10)表示。在一些示例中，在最优隐蔽性协议下，认证请求传输概率(PART)的值需要满足
Figure BDA0001646458480000218
其中，εART是认证请求传输概率(PART)的下限。由此，得到接收端反馈的信噪比阈值μ的可行范围，即
Figure BDA0001646458480000219
另外，在一些示例中，在标记信号中的信息信号不能实现在接收装置20无错误地被解码时，接收装置20就会发生认证隐蔽拒绝事件。隐蔽认证拒绝概率(PACR)可以根据上述的信干噪比(MINR)得到。隐蔽认证拒绝概率(PACR)可以如式(11)所示。基于式(11)和不同的信噪比阈值μ的范围，可以得到式(12)。
另外，在最优隐蔽性协议下，隐蔽认证拒绝概率(PACR)需要满足
Figure BDA00016464584800002110
其中，εACR是隐蔽认证拒绝概率(PACR)的上限。由此，根据隐蔽认证概率(PACR)能够量度物理层认证技术的隐蔽等级。另外，得到接收端反馈的信噪比阈值μ的可行范围，即
Figure BDA0001646458480000221
另外，在一些示例中，基于上述的认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)，最优隐蔽性协议可以包括两种能够约束信噪比阈值μ的可行范围的情况。
在一些示例中，在最优隐蔽性协议下，可以设置
Figure BDA0001646458480000222
在这种情况下，PACR＝0。认证请求传输概率(PART)的值需要满足
Figure BDA0001646458480000223
另外能量分配因子
Figure BDA0001646458480000224
需要满足式(13)。在一些示例中，在最优隐蔽性协议下，可以设置μ＝0，在这种情况下，PART＝1。认证请求传输概率(PART)的值需要满足
Figure BDA0001646458480000225
另外能量分配因子
Figure BDA0001646458480000226
需要满足式(14)。
综合上述两种约束信噪比阈值μ的可行范围的情况，对于εART和εACR的约束条件可以满足式(15)。另外，基于上述的信噪比阈值μ的可行范围和能量分配因子
Figure BDA0001646458480000227
可以优化信噪比阈值μ，且优化的信噪比阈值μ满足式(16)。
在一些示例中，如图7所示，接收装置20可以包括判定模块23。判定模块23根据保密认证概率、认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝的概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的请求延迟和隐蔽等级，根据优化的信噪比阈值和优化的能量分配因子，获取保密认证效率的最大值。另外，在一些示例中，保密认证概率(PSA)、认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)可以通过处理模块21和计算模块22得到。
在一些示例中，基于保密认证概率(PSA)、认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)计算出保密认证效率(SAE)。规定保密认证效率(SAE)可以由如式(17)所示。
在一些示例中，保密认证效率(SAE)中包括认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)，其中认证请求传输概率(PART)可以评估物理层认证的请求延迟。隐蔽认证拒绝概率(PACR)可以确定物理层认证的隐蔽等级。由此，保密认证效率(SAE)可以更好评估请求延迟和隐蔽等级。
另外，在一些示例中，在优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000231
和可行性范围内的信噪比阈值μ情况下，受认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)约束的保密认证效率(SAE)获得最大值。具体而言，保密认证效率(SAE)最大值、认证请求传输概率(PART)和隐蔽认证拒绝概率(PACR)的关系由式(18)获得。
在一些示例中，基于上述的优化的信噪比阈值μ，根据式(18)可以得到式(19)和式(20)两种情况下的优化的能量分配因子
Figure BDA0001646458480000232
图8是示出了本公开的示例所涉及的物理层认证设备的结构示意图。在一些示例中，发射端与接收端都包含如图8所示的认证设备30。
在一些示例中，如图8所示，认证设备30包括处理器31和存储器32。其中，处理器31以及存储器32分别连接通信总线。在一些示例中，存储器32可以是高速RAM存储器，也可以是非易失性的存储器(non-volatile memory)。图8中示出的认证设备30的结构并不构成对本公开的限定，它可以是总线形结构、星型结构，还可以包括比图8所示的更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
其中，处理器31为认证设备30的控制中心。在一些示例中，可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，处理器31利用各种接口和线路连接整个认证设备30的各个部分，通过运行或执行存储在存储器32内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器32内存储的程序代码，用于执行以下操作：
在接收端的信道状态信息已知的情况下，发射端基于最优隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，标记信号包括认证信号和信息信号，在最优隐蔽性协议中，所述接收端向所述发射端反馈信噪比阈值，优化所述信息信号的能量分配因子和所述信噪比阈值(由发射端的认证设备30执行)。接收端接收标记信号，基于最优隐蔽性协议，向发射端反馈信噪比阈值，对标记信号进行处理，获得保密认证概率；基于接收的信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率；并且基于保密认证概率、认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级，根据优化的所述信噪比阈值和优化的所述能量分配因子，获取所述保密认证效率的最大值(由接收端的认证设备30执行)。
在一些示例中，认证设备30的处理器31还执行以下操作：在最优隐蔽性协议中，设置信噪比阈值μ满足
Figure BDA0001646458480000241
其中，Rb表示常规信号速率，能量分配因子
Figure BDA0001646458480000242
需要满足下式(13)
Figure BDA0001646458480000243
其中，εART是认证请求传输概率的下限，
Figure BDA0001646458480000244
γb表示平均信噪比。
在一些示例中，认证设备30的处理器31还执行以下操作：在最优隐蔽性协议中，设置信噪比阈值μ满足μ＝0，能量分配因子
Figure BDA0001646458480000245
需要满足下式(14)：
Figure BDA0001646458480000246
其中，εART是认证请求传输概率的下限，
Figure BDA0001646458480000247
γb表示平均信噪比。
在一些示例中，认证设备30的处理器31还执行以下操作：优化的信噪比阈值μ满足下式(16)：
Figure BDA0001646458480000248
在一些示例中，认证设备30的处理器31还执行以下操作：若εART+εACR＜1，优化的能量分配因子
Figure BDA00016464584800002412
满足式(19)：
Figure BDA0001646458480000249
在一些示例中，认证设备30的处理器31还执行以下操作：若εART+εACR≥1，优化的能量分配因子
Figure BDA00016464584800002410
满足式(20)：
Figure BDA00016464584800002411
在一些示例中，认证设备30的处理器31还执行以下操作：保密认证效率由下式(17)计算得到：η＝PART(1-PACR)PSA (17)，其中，PART表示认证请求传输概率，PACR表示隐蔽认证拒绝概率，PSA表示保密认证概率。
在一些示例中，认证设备30的处理器31还执行以下操作：信息信号的信干噪比由下式(9)计算得到：
Figure BDA0001646458480000251
其中，
Figure BDA0001646458480000252
表示信息信号的能量分配因子，
Figure BDA0001646458480000253
表示认证信号的能量分配因子，标记信号分块发送，γb,i表示第i块标记信号在接收端的信道信噪比，hb,i表示第i块标记信号的信道增益，
Figure BDA0001646458480000254
表示接收端的噪声方差。
在一些示例中公开了一种计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解上述示例中的各种物理层认证方法中的全部或部分步骤是可以通过程序(指令)来指令相关的硬件来完成，该程序(指令)可以存储于计算机可读存储器(存储介质)中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。
虽然以上结合附图和实施例对本公开进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本公开。本领域技术人员在不偏离本公开的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本公开进行变形和变化，这些变形和变化均落入本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种基于最优隐蔽性协议的物理层认证方法，是包含发射端和接收端的无线通信系统的物理层认证方法，其特征在于，
包括：
所述发射端基于最优隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，所述标记信号包括认证信号和信息信号，在所述最优隐蔽性协议中，所述接收端向所述发射端反馈信噪比阈值，优化所述信息信号的能量分配因子和所述信噪比阈值；
所述接收端接收所述标记信号，基于所述最优隐蔽性协议，向所述发射端反馈信噪比阈值，对所述标记信号进行处理，获得保密认证概率；
基于接收的所述信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率；并且
基于所述保密认证概率、所述认证请求传输概率和所述隐蔽认证拒绝概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级，
根据优化的所述信噪比阈值和优化的所述能量分配因子，获取所述保密认证效率的最大值。
2.根据权利要求1所述的物理层认证方法，其特征在于：
在所述最优隐蔽性协议中，设置信噪比阈值μ满足
Figure FDA0002651223520000011
其中，Rb表示常规信号速率，
能量分配因子
Figure FDA0002651223520000012
需要满足下式(Ⅰ)：
Figure FDA0002651223520000013
其中，εART是认证请求传输概率的下限，
Figure FDA0002651223520000014
γb表示平均信噪比。
3.根据权利要求1所述的物理层认证方法，其特征在于：
在所述最优隐蔽性协议中，设置信噪比阈值μ满足μ＝0，
能量分配因子
Figure FDA0002651223520000021
需要满足下式(Ⅱ)：
Figure FDA0002651223520000022
其中，Rb表示常规信号速率，εACR表示隐蔽认证拒绝概率的上限，
Figure FDA0002651223520000023
γb表示平均信噪比。
4.根据权利要求1所述的物理层认证方法，其特征在于：
所述优化的信噪比阈值μ满足下式(Ⅲ)：
Figure FDA0002651223520000024
其中，Rb表示常规信号速率，εACR表示隐蔽认证拒绝概率的上限，εART表示认证请求传输概率的下限。
5.根据权利要求1所述的物理层认证方法，其特征在于：
信道假设条件是所述接收端的信道状态信息已知。
6.根据权利要求1所述的物理层认证方法，其特征在于：
所述保密认证效率由下式(Ⅵ)计算得到：
η＝PART(1-PACR)PSA (Ⅵ)，
其中，PART表示所述认证请求传输概率，PACR表示所述隐蔽认证拒绝概率，PSA表示所述保密认证概率。
7.根据权利要求1所述的物理层认证方法，其特征在于：
所述信息信号的信干噪比由下式(Ⅶ)计算得到：
Figure FDA0002651223520000025
其中，
Figure FDA0002651223520000026
表示所述信息信号的能量分配因子，
Figure FDA0002651223520000027
表示所述认证信号的能量分配因子，所述标记信号分块发送，γb,i表示第i块标记信号在所述接收端的信道信噪比，hb,i表示第i块标记信号的信道增益，
Figure FDA0002651223520000031
表示所述接收端的噪声方差。
8.一种基于最优隐蔽性协议的物理层认证系统，其特征在于，
包括：
发射装置，所述发射装置基于最优隐蔽性协议向无线信道发射标记信号，所述标记信号包括认证信号和信息信号，在所述最优隐蔽性协议中，接收装置向所述发射装置反馈信噪比阈值，优化所述信息信号的能量分配因子和所述信噪比阈值；
接收装置，其包括：处理模块，其接收所述标记信号，基于所述最优隐蔽性协议，向所述发射装置反馈信噪比阈值，对所述标记信号进行处理，获得保密认证概率；计算模块，其基于接收的所述信息信号的信干噪比获得认证请求传输概率和隐蔽认证拒绝概率；以及判定模块，其根据所述保密认证概率、所述认证请求传输概率和所述隐蔽认证拒绝的概率计算出保密认证效率，以确定物理层认证的隐蔽等级，根据优化的所述信噪比阈值和优化的所述能量分配因子，获取所述保密认证效率的最大值。
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