58、5G及未来的物理层安全设计

5G及未来的物理层安全设计

1. 物理层安全性能衡量

实际的保密性能可以通过合法节点和非法节点的错误概率率（如误包率PER和误比特率BER）之间的差异来获得。此外，安全吞吐量和保密信道容量可以直接与PER和BER相关联。在衰落环境中衡量保密性时，当非法接收者（Eve）的信道未知时，可将保密容量指标扩展为中断保密率或保密中断概率（SOP）。SOP是指保密率的值小于所需的最小保密率阈值的概率。

对于基于密钥的物理层安全（PLS）算法，非法接收者可以使用穷举搜索方法进行暴力攻击。因此，基于复杂度的指标适用于这类技术。在基于密钥的PLS方法中，希望使用具有均匀分布和高熵的长密钥。此外，为了衡量基于密钥的方法对系统性能的有效性，会使用通信双方之间的密钥不匹配概率。需要注意的是，非法用户的错误概率不是基于密钥方法的良好指标，因为它无法满足这些方法中的保密要求。

2. 流行的安全技术分类

PLS方法大致可分为基于信干噪比（SINR，无密钥）的方法和基于复杂度（有密钥）的方法，具体如下表所示：
| 分类 | 具体方法 |
| ---- | ---- |
| 基于SINR（无密钥） | 安全信道编码设计、基于信道的自适应和优化、人工干扰/噪声方法 |
| 基于复杂度（有密钥） | 根据提取的秘密序列应用的层分为两类 |

2.1 基于安全信道编码设计的PLS

2.1.1 概念、优缺点

基于信道编码的安全通信基础由Wyner提出，这是无密钥安全通信方向的首个工作。其基本思想是，如果非法接收者的信道是合法接收者信道的降级版本，那么通过使用依赖于信道的随机编码器，可以实现合法