CN109600767B - 鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法和装置 - Google Patents

鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法及装置，该方法包括：接收发射端设备发送的信号；根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量；对所述第一数量的信道块中的信号进行认证。本发明实施例可以确保信息认证的鲁棒性。

Description

鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法和装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法和装置。
背景技术
当前物理层认证技术主要有三种，第一种认证技术是扩频技术(Spread SpectrumAuthentication method，Auth-SS)，基本思想是采用传统的直接序列扩频或者调频技术。第二种是基于时分复用标签技术(Authentication with Time Division Multiplexedtag，Auth-TDM)，基本思想是发射端设备周期性的交替发送信息信号和标签信息，接收端设备接收到信号后直接提取期望的标签信息以实现信号的认证目的。第三种认证技术是标签叠加技术(Authentication with Superimposed tag，Auth-SUP)，基本思想是将标签信息叠加在信息信号上，再由发射端设备同时发射出去，接收端设备接收到信号之后利用密钥对叠加信号中的标签信息进行提取，达到信号认证的目的。
然而，上述三种物理层认证技术(Auth-TDM、Auth-SS和Auth-SUP)无法有效地对抗信道衰落和接收端设备的噪声影响，而且当训练序列很长时，会牺牲掉本身的性能，即鲁棒性较差。
发明内容
本发明实施例公开了一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法及装置，可以确保信息认证的鲁棒性。
本发明实施例第一方面公开一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法，应用于接收端设备，所述方法包括：
接收发射端设备发送的信号；
根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量；
对所述第一数量的信道块中的信号进行认证。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述对所述第一数量的信道块中的信号进行认证包括：
确定所述第一数量的信道块中的标签信号的第二数量；
判断所述第二数量是否大于预设的数量阈值；
若所述第二数量大于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为标签信号，其中，所述标签信号为所述接收端设备接收的认证信号；
若所述第二数量小于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为常规信号，其中，所述常规信号为所述接收端设备接收的非认证信号。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量包括：
根据接收到的所述信号，统计认证概率；
判断所述认证概率是否大于认证概率阈值；
若是，获取所述认证概率阈值对应的数量，并将所述认证概率阈值对应的数量确定为进行信号认证的信道块的第一数量。
本发明实施例第二方面公开一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法，应用于发射端设备，所述方法包括：
利用预先约定的密钥，将待发送信号划分成多个分组；
获取预设的认证概率；
根据认证概率与功率参数调整因子的对应关系，确定所述预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子；
根据所述待发送信号功率的能量受限条件以及所述第一功率参数调整因子，确定多个所述分组的功率参数调整因子中除所述第一功率参数调整因子之外的功率参数调整因子；
针对每个所述分组，按照所述分组的功率参数调整因子，对所述分组的信号进行功率调整；
将调整功率后的待发送信号进行发送。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述在所述认证概率与功率参数调整因子的对应关系中，所述认证概率与所述功率参数调整因子呈负相关。
本发明实施例第三方面公开一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证装置，运行于接收端设备，包括：
接收单元，用于接收发射端设备发送的信号；
确定单元，用于根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量；
认证单元，用于对所述第一数量的信道块中的信号进行认证。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第三方面中，所述认证单元对所述第一数量的信道块中的信号进行认证的方式具体为：
确定所述第一数量的信道块中的标签信号的第二数量；
判断所述第二数量是否大于预设的数量阈值；
若所述第二数量大于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为标签信号，其中，所述标签信号为所述接收端设备接收的认证信号；
若所述第二数量小于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为常规信号，其中，所述常规信号为所述接收端设备接收的非认证信号。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第三方面中，所述确定单元根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量的方式具体为：
根据接收到的所述信号，统计认证概率；
判断所述认证概率是否大于认证概率阈值；
若是，获取所述认证概率阈值对应的数量，并将所述认证概率阈值对应的数量确定为进行信号认证的信道块的第一数量。
本发明实施例第四方面公开了一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证装置，运行于发射端设备，包括：
划分单元，用于利用预先约定的密钥，将待发送信号划分成多个分组；
第一确定单元，用于根据认证概率与功率参数调整因子的对应关系，确定所述预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子；
第二确定单元，用于根据所述待发送信号功率的能量受限条件以及所述第一功率参数调整因子，确定多个所述分组的功率参数调整因子中除所述第一功率参数调整因子之外的功率参数调整因子；
调整单元，用于针对每个所述分组，按照所述分组的功率参数调整因子，对所述分组的信号进行功率调整；
发送单元，用于将调整功率后的待发送信号进行发送。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第四方面中，在所述认证概率与功率参数调整因子的对应关系中，所述认证概率与所述功率参数调整因子呈负相关。
与现有技术相比，本发明实施例具备以下有益效果：
本发明实施例中，接收端设备可以接收发射端设备发送的信号；根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量；进一步地，接收端设备可以对所述第一数量的信道块中的信号进行认证。可见，实施本发明实施例，接收端设备接收发射端设备发送的信号之后，可以根据认证概率确定进行信号认证的信道块的第一数量，进而对所述第一数量的信道块中的信号进行认证，即对多个信道块中的信号进行认证，这比对单个信道块中的信号进行认证的鲁棒性要强，从而能够确保信息认证的鲁棒性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的一种通信系统的模型示意图；
图2是本发明实施例公开的一种无线通信方法的流程示意图；
图3是本发明实施例公开的另一种无线通信方法的流程示意图；
图4是本发明实施例公开的一种信号的功率分配机制的示意图；
图5是本发明实施例公开的另一种无线通信方法的流程示意图；
图6是本发明实施例公开的一种在多种数量的信道块下认证概率随信噪比SNR的关系示意图；
图7是本发明实施例公开的一种认证概率与功率参数调整因子的关系示意图；
图8是本发明实施例公开的一种无线通信装置的结构示意图；
图9是本发明实施例公开的另一种无线通信装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例公开了一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法及装置，可以提高信息认证的鲁棒性。以下进行结合附图进行详细描述。
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种通信系统的模型示意图。如图1所示，该通信系统可以包括发射端设备、接收端设备、监听设备1以及监听设备2，其中：
发射端设备为合法的，主要用于发射需要进行认证的标签信号，其中，添加了标签的信号称为标签信号，没有添加标签的信号称之为常规信号。其中，发射端设备可以包括但不限于基站以及用户设备。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。基站还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)，也可以是WCDMA中的基站(NodeB)，还可以是LTE中的演进型基站(NodeB或eNB或e-NodeB，evolutional NodeB)，本发明实施例不做限定。用户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、BlackBerry(黑莓)操作系统、Windows Phone8操作系统等等，本发明实施例不做限定。
接收端设备为合法的，主要用于接收信号，并对该信号进行认证，以确定该信号是常规信号还是标签信号。其中，接收端设备可以包括但不限于基站以及用户设备。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。基站还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)，也可以是WCDMA中的基站(NodeB)，还可以是LTE中的演进型基站(NodeB或eNB或e-NodeB，evolutional NodeB)，本发明实施例不做限定。用户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 DigitalAssistant,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操作系统等等，本发明实施例不做限定。
监听设备1为非法的接收方(即敌对用户)，主要用于监听发射端设备发送的信号，一旦发现发射端设备发出的信号中可能有认证信息(即标签信号)，将对该信号进行分析并试图提取、破坏、甚至篡改认证信息。
监听设备2是相对中立的接收方，监听设备2可以接收发射端设备发送的信号，但监听设备2对于认证方法一无所知，不会尝试去分析接收到的信号里是否包含认证信息，也不会对接收端设备接收到的信号进行干扰，不影响接收端设备对信号的认证过程。
需要说明的是，图1所描述的通信系统中的发射端设备、接收端设备、监听设备1以及监听设备2均表示不同类的设备，也就是说，图1所描述的通信系统中的发射端设备不仅仅局限于图1所描述的一个，也可以有多个，同样，图1所描述的通信系统中的接收端设备不仅仅局限于图1所描述的一个，也可以有多个，同样，图1所描述的通信系统中的监听设备1不仅仅局限于图1所描述的一个，也可以有多个，同样，图1所描述的通信系统中的监听设备2不仅仅局限于图1所描述的一个，也可以有多个。
在图1所描述的通信系统中，假设发射端设备发射的信号是分块发送的，表示为b＝{b1,...,bL}，每一块的长度为L，且块与块之间是独立同分布的随机变量。此外，不同设备之间的信道建模为快衰落信道，这意味着不同的信号块对应的信道衰落也是独立的。基于以上假设，接收端设备接收到的信号可表示如下：
yi＝hixi+ni
其中xi为原始发射信号码序列b＝{b1,...,bL}经过一系列操作如编码调制脉冲整形等操作变为si后加上标签信号的结果，即xi包含了标签信号和信息信号。hi＝liηi为信道响应，本发明中我们采用的是Nakagami信道，ηi代表短时衰落的随机变量，li＝λ/4πd为路径损耗，λ＝c/fc是信号波长，c＝3×108m/s，fc为信号的载波频率，d是发射端设备和接收端设备之间的距离，ni＝{ni1,ni2,...,niL}，
Figure BDA0001426756710000081
为高斯白噪声。
具体的，发射端设备可以利用预先约定的密钥，将待发送信号划分成多个分组；获取预设的认证概率；根据认证概率与功率参数调整因子的对应关系，确定所述预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子；根据所述待发送信号功率的能量受限条件以及所述第一功率参数调整因子，确定多个所述分组的功率参数调整因子中除所述第一功率参数调整因子之外的功率参数调整因子；针对每个所述分组，按照所述分组的功率参数调整因子，对所述分组的信号进行功率调整；将调整功率后的待发送信号进行发送。接收端设备接收到信号之后，可以根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量；对所述第一数量的信道块中的信号进行认证。其中，接收端设备知道发射端设备添加的标签信号以及加密方式，并提前和发射端设备约定好了所使用的密钥。其中，上述的物理层认证技术可以称之为斜率认证技术(Auth-SLO)。
可见，在发送待发送信号之前，发射端设备利用双方约定的密钥对待发送信号进行分组，并根据认证概率和能量受限条件，确定多个所述分组的功率参数调整因子，进而使用确定的功率参数调整因子对每组信号的功率进行分配调整，同时，接收端设备也可以根据认证概率确定进行信号认证的信道块的第一数量，进而对所述第一数量的信道块中的信号进行认证，即对多个信道块中的信号进行认证，这比对单个信道块中的信号进行认证的鲁棒性要强，从而能够确保信息认证的鲁棒性。
请参见图2，图2是本发明实施例公开的一种无线通信方法的流程示意图。其中，该无线通信方法适用于接收端设备。如图2所示，该无线通信方法可以包括以下步骤：
步骤201、接收端设备接收发射端设备发送的信号。
本发明实施例中，接收端设备接收发射端设备发送的信号可以表示为：
yi,1＝hixi,1+ni,1
yi,2＝hixi,2+ni,2
此时，接收端设备的SINR为，
Figure BDA0001426756710000091
从上述公式可以看出，叠加的标签信号并不会牺牲接收端设备的SINR。此时，对于接收端设备来说，不需要对信道参数(信道衰落)进行估计，不需要补偿信道，甚至不需要对信号进行解调和解码，只需要通过判断收到的信号是否符合发射端设备的功率分配特征，就可以对信号进行认证。
步骤202、接收端设备根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量。
本发明实施例中，假设fY(y)是Y的概率密度函数，FY(y)是Y的累积分布函数。且Y＝||X1||2-||X2||2，
Figure BDA0001426756710000092
则有如下表达式：
Figure BDA0001426756710000093
Figure BDA0001426756710000094
其中，阈值
Figure BDA0001426756710000097
取决于虚警概率εFA，表示如下：
Figure BDA0001426756710000095
第i个信道块的认证概率可表示如下：
Figure BDA0001426756710000096
接收端设备可以依据上述公式，统计认证概率。
具体的，接收端设备根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量包括：
根据接收到的所述信号，统计认证概率；
判断所述认证概率是否大于认证概率阈值；
若是，获取所述认证概率阈值对应的数量，并将所述认证概率阈值对应的数量确定为进行信号认证的信道块的第一数量。
在该实施例中，可以预设一个认证概率阈值，其中，所述认证概率阈值可以是预先通过多次实现获得的，所述认证概率阈值与信道块的数量相对应。
接收端设备统计出认证概率之后，进一步地，可以判断所述认证概率是否大于认证概率阈值；若是，则获取所述认证概率阈值对应的数量，并将所述认证概率阈值对应的数量确定为进行信号认证的信道块的第一数量。
需要说明的是，该第一数量为能够满足认证概率阈值的信道块的最少数量。当根据满足认证概率的要求，选择最少数量的信道块时，能够降低接收端设备的复杂性。
步骤203、接收端设备对所述第一数量的信道块中的信号进行认证。
具体的，接收端设备对所述第一数量的信道块中的信号进行认证包括：
确定所述第一数量的信道块中的标签信号的第二数量；
判断所述第二数量是否大于预设的数量阈值；
若所述第二数量大于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为标签信号，其中，所述标签信号为所述接收端设备接收的认证信号；
若所述第二数量小于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为常规信号，其中，所述常规信号为所述接收端设备接收的非认证信号。
在该实施例中，已经预先假设过每个信道块经历的信道衰落是相互独立的，不同的信道块对应的认证判决结果也是相互独立的。假设所述第一数量的信道块中的标签信号的第二数量表示为x＝Σiδi，其中，第一数量可以用K表示，如果信号中不存在标签信号，判决出存在k0个标签信号的概率为：
f(x>k0|H0)＝1-BCDF(k0,K,eFA)
其中，BCDF(x,K,p)是在K个完全相同且相互独立的试验中获得每个准确x的概率为p的二项式累积分布函数，BPDF(x,K,p)是它对应的概率密度函数。比较x和保证在K个数据块中不超过预设虚警概率PFA对应的新阈值
Figure BDA0001426756710000111
可得，
Figure BDA0001426756710000112
则对K个信道块进行认证的判决结果为：
Figure BDA0001426756710000113
其中，k0为预设的数量阈值，
Figure BDA0001426756710000114
若第二数量表示为x大于所述数量阈值k0，则确定K个信道块中的信号为标签信号，若第二数量表示为x小于所述数量阈值k0，则确定K个信道块中的信号为常规信号，若第二数量表示为x等于所述数量阈值k0，则不对K个信道块中的信号进行判断。
此外，对于随机选取的K个信道块，K个信道块中的信号判决为标签信号的概率可以表示为：
f(x>k0|H1)＝1-BCDF(k0,K,P)+(1-π)BPDF(k0,K,P)
在图2所描述的方法流程中，接收端设备接收发射端设备发送的信号之后，可以根据认证概率确定进行信号认证的信道块的第一数量，进而对所述第一数量的信道块中的信号进行认证，即对多个信道块中的信号进行认证，这比对单个信道块中的信号进行认证的鲁棒性要强，从而能够确保信息认证的鲁棒性。
请参见图3，图3是本发明实施例公开的另一种无线通信方法的流程示意图。其中，该无线通信方法适用于发射端设备。如图3所示，该无线通信方法可以包括以下步骤：
步骤301、发射端设备利用预先约定的密钥，将待发送信号划分成多个分组。
本发明实施例中，发射端设备在发送待发送信号之前，可以利用预先约定的密钥，将待发送信号划分成多个分组，其中，具体分组的数量和每组信号的长度均由发射端设备和接收端设备预先约定的且共同拥有的密钥来决定。
举例来说，一串长度为N的信息信号，同时有一串长度为N的密钥，N为正整数，密钥中0和1的个数是相同的。发射端设备可以将信息信号和密钥对齐，对应密钥为0的位分为第一组，对应密钥为1的位分为第二组，即信息信号被分成了两组。
为了简单起见，下文均以划分为两个分组来进行描述。
步骤302、发射端设备获取预设的认证概率。
本发明实施例中，系统的鲁棒性跟认证概率有关。在考虑系统的鲁棒性时，可以预先设置一个比较理想的认证概率，在该预设的认证概率下，系统的鲁棒性较好。
步骤303、发射端设备根据认证概率与功率参数调整因子的对应关系，确定所述预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子。
其中，在所述认证概率与功率参数调整因子的对应关系中，所述认证概率与所述功率参数调整因子呈负相关。
本发明实施例中，可以预先通过多次试验获得认证概率与功率参数调整因子的对应关系，在获取到预设的认证概率之后，可以根据认证概率与功率参数调整因子的对应关系，确定所述预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子。
需要说明的是，发射端设备和接收端设备可以通过多次通信建立起认证概率与功率参数调整因子之间的对应关系，每次发射端设备在进行信号的发送之前，均会接收到接收端设备发送的反馈信息，该反馈信息用于表示认证概率与功率参数调整因子之间的对应关系。
步骤304、发射端设备根据所述待发送信号功率的能量受限条件以及所述第一功率参数调整因子，确定多个所述分组的功率参数调整因子中除所述第一功率参数调整因子之外的功率参数调整因子。
本发明实施例中，发射端设备需要确定每个所述分组的功率参数调整因子。发射端设备在确定所述预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子之后，进一步地，可以根据所述待发送信号功率的能量受限条件以及所述第一功率参数调整因子，确定多个所述分组的功率参数调整因子中除所述第一功率参数调整因子之外的功率参数调整因子。其中，根据信号的总能量调整前后不发生变化的原则，在进行功率参数调整时，所述待发送信号的功率参数调整因子需要满足能量受限条件，待发送信号功率的能量受限条件比如：α2/2+β2/2＝1。
举例来说，发射端设备可以根据认证概率与功率参数调整因子的对应关系，确定所述预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子β＝0.8，进一步地，可以根据β＝0.8以及α2/2+β2/2＝1，确定多个所述分组的功率参数调整因子中除所述第一功率参数调整因子之外的功率参数调整因子，即第二功率参数调整因子α。
步骤305、针对每个所述分组，发射端设备按照所述分组的功率参数调整因子，对所述分组的信号进行功率调整。
请一并参见图4，图4是本发明实施例公开的一种信号的功率分配机制的示意图。如图4所示，信息信号被划分成了两个分组，即第一组和第二组，发射端设备可以将第一组的功率乘以功率参数调整因子α，将第二组的功率乘以功率参数调整因子β，以对每个分组的信号进行功率调整。其中，需要满足0≤β<1<α。标签信号可以表示如下：
xi,1(l1)＝αsi(l1)
xi,2(l2)＝βsi(l2)
其中，l1≠l2∈{1,...,L/2}表示的是每一组信号的下标。信号xi,1和xi,2的长度均为L/2。α和β还要满足信号功率的能量受限条件，即α2/2+β2/2＝1，因此α和β的取值范围进一步变化为
Figure BDA0001426756710000141
步骤306、发射端设备将调整功率后的待发送信号进行发送。
本发明实施例中，发射端设备将每个分组的信号进行功率调整之后，可以形成一定的功率分配特征，并将调整功率后的待发送信号发送给接收端设备。其中，该功率分配特征可以包括：标签信号，功率参数调整因子以及分组模式(即在哪些位置进行分组的)。
在图3所描述的方法流程中，在发送待发送信号之前，发射端设备利用双方约定的密钥对待发送信号进行分组，并根据认证概率和能量受限条件，确定多个所述分组的功率参数调整因子，进而使用确定的功率参数调整因子对每组信号的功率进行分配调整并发送出去。
请参见图5，图5是本发明实施例公开的另一种无线通信方法的流程示意图。其中，该无线通信方法是从发射端设备以及接收端设备两侧进行描述的。如图5所示，该无线通信方法可以包括以下步骤：
步骤501、发射端设备利用预先约定的密钥，将待发送信号划分成多个分组。
步骤502、发射端设备获取预设的认证概率。
步骤503、发射端设备根据认证概率与功率参数调整因子的对应关系，确定所述预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子。
步骤504、根据所述待发送信号功率的能量受限条件以及所述第一功率参数调整因子，发射端设备确定多个所述分组的功率参数调整因子中除所述第一功率参数调整因子之外的功率参数调整因子。
步骤505、针对每个所述分组，按照所述分组的功率参数调整因子，发射端设备对所述分组的信号进行功率调整。
步骤506、发射端设备将调整功率后的待发送信号进行发送。
步骤507、接收端设备根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量。
步骤508、接收端设备对所述第一数量的信道块中的信号进行认证。
请一并参见图6和图7，图6是本发明实施例公开的一种在多种数量的信道块下认证概率随信噪比SNR的关系示意图；图7是本发明实施例公开的一种认证概率与功率参数调整因子的关系示意图。其中，图6表示的是在三种信道块数量K下认证概率与信噪比SNR的曲线关系，其中，信道块数量K分别取值为2,5,10，从图6中可以看出，在K＝2，5，10这三种情况下，认证概率都随着SNR增大逐渐从0增大到1，且可以看出，当K＝10时认证效果是最好的，即当K＝10时，SNR＝10dB的时候认证概率就已经达到1；而当K＝2时认证效果最差，即K＝2时，SNR＝25dB的时候认证概率才达到1。因此，为了保证认证技术的鲁棒性，可以采取尽可能多的信道块进行认证。图7表示的是认证概率与功率参数调整因子β的曲线关系，从图7中可以看出，认证概率随着β增大逐渐从1减小到0，因此为了确保系统认证的鲁棒性，在进行功率参数调整因子的设计时，应该取较小的β值。
本发明中所提出的无线通信物理层认证技术(Auth-SLO)与现有的无线通信物理层认证技术(Auth-SS、Auth-SUP、Auth-TDM)相比，本发明实现无线通信物理层的认证不需要占用额外的信号带宽，标签信号不成为影响接收端设备所接收信号提取的噪声，不影响接收端设备噪声的统计特性，此外，无论从频谱特性的分析、还是对通信场景中其他用户的影响来看，本发明提出的Auth-SLO认证技术的鲁棒性要比现有技术高。
其中，实施图5所描述的方法，在发送待发送信号之前，发射端设备利用双方约定的密钥对待发送信号进行分组，并根据认证概率和能量受限条件，确定多个所述分组的功率参数调整因子，进而使用确定的功率参数调整因子对每组信号的功率进行分配调整，同时，接收端设备也可以根据认证概率确定进行信号认证的信道块的第一数量，进而对所述第一数量的信道块中的信号进行认证，即对多个信道块中的信号进行认证，这比对单个信道块中的信号进行认证的鲁棒性要强，从而能够确保信息认证的鲁棒性。
请参阅图8，图8是本发明实施例公开的一种无线通信装置的结构示意图。其中，图8所示的无线通信装置运行于接收端设备，其中，图8所描述的无线通信装置可以用于执行图2以及图5所描述的无线通信方法中的部分或全部步骤，具体请参见图2以及图5中的相关描述，在此不再赘述。如图8所示，该无线通信装置可以包括：
接收单元801，用于接收发射端设备发送的信号；
确定单元802，用于根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量；
认证单元803，用于对所述第一数量的信道块中的信号进行认证。
具体的，所述认证单元803对所述第一数量的信道块中的信号进行认证的方式具体为：
确定所述第一数量的信道块中的标签信号的第二数量；
判断所述第二数量是否大于预设的数量阈值；
若所述第二数量大于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为标签信号，其中，所述标签信号为所述接收端设备接收的认证信号；
若所述第二数量小于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为常规信号，其中，所述常规信号为所述接收端设备接收的非认证信号。
具体的，所述确定单元802根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量的方式具体为：
根据接收到的所述信号，统计认证概率；
判断所述认证概率是否大于认证概率阈值；
若是，获取所述认证概率阈值对应的数量，并将所述认证概率阈值对应的数量确定为进行信号认证的信道块的第一数量。
在图8所描述的无线通信装置中，在接收发射端设备发送的信号之后，可以根据认证概率确定进行信号认证的信道块的第一数量，进而对所述第一数量的信道块中的信号进行认证，即对多个信道块中的信号进行认证，这比对单个信道块中的信号进行认证的鲁棒性要强，从而能够确保信息认证的鲁棒性。
请参阅图9，图9是本发明实施例公开的另一种无线通信装置的结构示意图。其中，图9所示的无线通信装置运行于发射端设备，其中，图9所描述的无线通信装置可以用于执行图3以及图5所描述的无线通信方法中的部分或全部步骤，具体请参见图3以及图5中的相关描述，在此不再赘述。如图9所示，该无线通信装置可以包括：
划分单元901，用于利用预先约定的密钥，将待发送信号划分成多个分组；
第一确定单元902，用于根据认证概率与功率参数调整因子的对应关系，确定所述预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子；
第二确定单元903，用于根据所述待发送信号功率的能量受限条件以及所述第一功率参数调整因子，确定多个所述分组的功率参数调整因子中除所述第一功率参数调整因子之外的功率参数调整因子；
调整单元904，用于针对每个所述分组，按照所述分组的功率参数调整因子，对所述分组的信号进行功率调整；
发送单元905，用于将调整功率后的待发送信号进行发送。
其中，在所述认证概率与功率参数调整因子的对应关系中，所述认证概率与所述功率参数调整因子呈负相关。
其中，实施图9所描述的无线通信装置，在发送待发送信号之前，可以利用双方约定的密钥对待发送信号进行分组，并根据认证概率和能量受限条件，确定多个所述分组的功率参数调整因子，进而使用确定的功率参数调整因子对每组信号的功率进行分配调整并发送出去。
上述以软件功能模块的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读存储介质中。其中，该计算机可读存储介质可以存储计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例中的步骤。其中，该计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random-Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例公开的一种无线通信方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法，其特征在于，应用于接收端设备，所述方法包括：
接收发射端设备发送的信号；
根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量；
对所述第一数量的信道块中的信号进行认证；
其中，所述对所述第一数量的信道块中的信号进行认证包括：确定所述第一数量的信道块中的标签信号的第二数量；判断所述第二数量是否大于预设的数量阈值；若所述第二数量大于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为标签信号，其中，所述标签信号为所述接收端设备接收的认证信号；若所述第二数量小于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为常规信号，其中，所述常规信号为所述接收端设备接收的非认证信号，
所述根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量包括：根据接收到的所述信号，统计认证概率；判断所述认证概率是否大于认证概率阈值；若是，获取所述认证概率阈值对应的数量，并将所述认证概率阈值对应的数量确定为进行信号认证的信道块的第一数量，
所述接收端设备依据以下公式统计所述认证概率：
假设fY(y)是Y的概率密度函数，FY(y)是Y的累积分布函数，且Y＝||X1||2-||X2||2，
Figure FDA0002531279730000011
则有如下表达式：
Figure FDA0002531279730000012
Figure FDA0002531279730000021
其中，阈值
Figure FDA0002531279730000022
取决于虚警概率εFA，表示如下：
Figure FDA0002531279730000023
第i个信道块的认证概率可表示如下：
Figure FDA0002531279730000024
2.一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证方法，其特征在于，应用于发射端设备，所述方法包括：
利用预先约定的密钥，将待发送信号划分成多个分组；
获取预设的认证概率；
根据认证概率与功率参数调整因子的对应关系，确定所述预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子；
根据所述待发送信号功率的能量受限条件以及所述第一功率参数调整因子，确定多个所述分组的功率参数调整因子中除所述第一功率参数调整因子之外的功率参数调整因子；
针对每个所述分组，按照所述分组的功率参数调整因子，对所述分组的信号进行功率调整；
将调整功率后的待发送信号进行发送。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述认证概率与功率参数调整因子的对应关系中，所述认证概率与所述功率参数调整因子呈负相关。
4.一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证装置，其特征在于，运行于接收端设备，包括：
接收单元，用于接收发射端设备发送的信号；
确定单元，用于根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量；
认证单元，用于对所述第一数量的信道块中的信号进行认证；
其中，所述认证单元对所述第一数量的信道块中的信号进行认证的方式具体为：确定所述第一数量的信道块中的标签信号的第二数量；判断所述第二数量是否大于预设的数量阈值；若所述第二数量大于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为标签信号，其中，所述标签信号为所述接收端设备接收的认证信号；若所述第二数量小于所述数量阈值，则确定所述第一数量的信道块中的信号为常规信号，其中，所述常规信号为所述接收端设备接收的非认证信号，
所述确定单元根据统计的认证概率，确定进行信号认证的信道块的第一数量的方式具体为：根据接收到的所述信号，统计认证概率；判断所述认证概率是否大于认证概率阈值；若是，获取所述认证概率阈值对应的数量，并将所述认证概率阈值对应的数量确定为进行信号认证的信道块的第一数量，
所述接收端设备依据以下公式统计所述认证概率：
假设fY(y)是Y的概率密度函数，FY(y)是Y的累积分布函数，且Y＝||X1||2-||X2||2，
Figure FDA0002531279730000031
则有如下表达式：
Figure FDA0002531279730000032
Figure FDA0002531279730000033
其中，阈值
Figure FDA0002531279730000034
取决于虚警概率εFA，表示如下：
Figure FDA0002531279730000035
第i个信道块的认证概率可表示如下：
Figure FDA0002531279730000041
5.一种鲁棒的无线通信物理层斜率认证装置，其特征在于，运行于发射端设备，包括：
划分单元，用于利用预先约定的密钥，将待发送信号划分成多个分组；
第一确定单元，用于根据认证概率与功率参数调整因子的对应关系，确定预设的认证概率对应的第一功率参数调整因子；
第二确定单元，用于根据所述待发送信号功率的能量受限条件以及所述第一功率参数调整因子，确定多个所述分组的功率参数调整因子中除所述第一功率参数调整因子之外的功率参数调整因子；
调整单元，用于针对每个所述分组，按照所述分组的功率参数调整因子，对所述分组的信号进行功率调整；
发送单元，用于将调整功率后的待发送信号进行发送。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述认证概率与功率参数调整因子的对应关系中，所述认证概率与所述功率参数调整因子呈负相关。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CA2799974C (en) * 2011-12-29 2018-05-22 The University Of Western Ontario Method and apparatus for wireless security enhancement using multiple attributes monitoring, continuous and interleaved authentication, and system adaption
CN104168562B (zh) * 2014-08-15 2018-06-22 南京邮电大学 一种基于多载波传输的物理层认证方法
CN105635125A (zh) * 2015-12-25 2016-06-01 电子科技大学 基于射频指纹和信道信息的物理层联合认证方法
CN105763492B (zh) * 2016-04-26 2018-10-19 电子科技大学 基于基扩展模型信道信息的物理层认证方法
CN106604270B (zh) * 2016-12-05 2019-09-27 清华大学 一种利用无线物理层的信息的消息加密方法

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