無(wú)線(xiàn)通信調(diào)制信號(hào)的信息安全風(fēng)險(xiǎn)解析

田安航

（展訊通信（天津）有限公司 天津 300000）

無(wú)線(xiàn)通信調(diào)制信號(hào)的信息安全風(fēng)險(xiǎn)解析

田安航

（展訊通信（天津）有限公司 天津 300000）

對(duì)于無(wú)線(xiàn)通信而言，不僅深入到人們的生活，同時(shí)也在一定程度上深入到人們工作的方方面面，所以對(duì)其安全性問(wèn)題必須給與高度的重視，現(xiàn)階段無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)比較缺乏物理層面的防護(hù)措施，攻擊者可以使用盲信號(hào)處理技術(shù)對(duì)信號(hào)的重要信心進(jìn)行恢復(fù)，這樣進(jìn)一步導(dǎo)致合法通信遭受相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大威脅。本文主要對(duì)無(wú)線(xiàn)通信調(diào)制信號(hào)的信息安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)而提出以下內(nèi)容。

無(wú)線(xiàn)通信；信息安全；探究

引言

由于無(wú)線(xiàn)物理信道的開(kāi)放性為攻擊者的竊密提供相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大的便利，攻擊者在對(duì)這些調(diào)制信號(hào)進(jìn)行截獲后，都活對(duì)信道均衡以及調(diào)制識(shí)別等盲信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行利用，只有這樣才能推測(cè)用戶(hù)的身份，甚至破譯截獲信號(hào)所承載的明文信息，讓合法用戶(hù)的通信安全遭受到巨大威脅。

1 無(wú)線(xiàn)通信調(diào)制信號(hào)的信息安全風(fēng)險(xiǎn)分析

對(duì)于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)而言，無(wú)線(xiàn)通信鏈路具有一定的開(kāi)放性，并且承載著相對(duì)來(lái)說(shuō)比較重要的信息無(wú)線(xiàn)調(diào)制信號(hào)幾乎完全都暴露在自由的電磁空間中，這樣進(jìn)一步導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)通信存在著比較大的安全風(fēng)險(xiǎn)：①任何人都可以對(duì)接收設(shè)備截獲自由空間中的信號(hào)進(jìn)行利用，對(duì)于無(wú)線(xiàn)通信鏈路自身所具有的開(kāi)放性圍攻記者竊密提供一定的便利；②現(xiàn)階段由于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)缺乏物理層安全保護(hù)措施，但信道均衡以及調(diào)制識(shí)別等相關(guān)一系列的盲信號(hào)在處理過(guò)程中的技術(shù)比較成熟，即使在沒(méi)有任何關(guān)于發(fā)送信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)的狀況下，攻擊者可以對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行利用，還是能夠得到截獲調(diào)制信號(hào)的重要信息，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的調(diào)節(jié)譯碼。

在對(duì)無(wú)線(xiàn)通信調(diào)制信號(hào)的信息安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究的過(guò)程中，充分的考慮到信息的瞬時(shí)特征直接承載著發(fā)送的基帶信號(hào)信息，信號(hào)的星座圖完整以及更為清晰對(duì)數(shù)字調(diào)制的映射關(guān)系進(jìn)行表達(dá)，并且多調(diào)制識(shí)別方法都是對(duì)這些特征進(jìn)行研究的，為了有效的對(duì)無(wú)線(xiàn)通信調(diào)制信號(hào)存在的信息安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證，探究如何在實(shí)際非協(xié)作通信中對(duì)調(diào)制信號(hào)的重要信息進(jìn)行恢復(fù)，這不僅包括瞬時(shí)幅度，同時(shí)也在一定程度上包括瞬時(shí)頻率以及信號(hào)的星座圖等。

在使勁進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)頻譜分析儀等相關(guān)一些接收儀器進(jìn)行充分的利用，不僅可以對(duì)一定頻譜帶寬信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)還可以人工的近似估計(jì)感興趣頻段信號(hào)的中心頻率，只有這樣才能對(duì)信號(hào)實(shí)施正交下變頻采集得到I路以及Q路基帶信號(hào)，由于缺少著一定的先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和硬件設(shè)備精度限制，有效的估計(jì)出中線(xiàn)；頻率和發(fā)送信號(hào)的載波頻率存在偏差。所以非協(xié)作環(huán)境下基帶信號(hào)的幅度在一定程度上可以進(jìn)行恢復(fù)的。

對(duì)于接收信號(hào)而言，其瞬時(shí)相為φY（t）和基帶信號(hào)瞬時(shí)相為φ1（t）對(duì)下述關(guān)系進(jìn)行滿(mǎn)足：

在公式（1）中可以進(jìn)一步的看出，載波頻偏的存在為接收信號(hào)的瞬時(shí)相為φY（t）充分的引入到線(xiàn)性相為分量2π△ft，所以得到的接收信號(hào)相位后需要對(duì)該現(xiàn)象相位分量進(jìn)行去除，只有這樣才能在一定程度上得到基帶信號(hào)的瞬時(shí)相位。

由公式（1）可知，由于存在著載頻偏差，瞬時(shí)相位的絕對(duì)大小都會(huì)在一定程度上由于采樣的時(shí)間增大，如果相位真值小于0，或者是等于2π時(shí)，可以按照公式（2）計(jì)算相位φ（t）是相位真值φy（t）模2π后的結(jié)果，所以會(huì)進(jìn)一步造成相位卷疊。

在這里使用相位φ（t）加上校正相位分量Ck（t）的去卷疊算法，具體算法如（3）所示：

其中，Pth主要是為卷疊門(mén)限，Ck（0）=0則是為去卷疊之后的相位，（t）則是為：

經(jīng)過(guò)分析之后可以得出，去卷疊之后的相位存在著一個(gè)因?yàn)檩d頻偏差引起的線(xiàn)性相位分量，去除該分量之后可以得到基帶信號(hào)的相位（t），其信號(hào)的載頻偏差相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，通常情況下能夠滿(mǎn)足△fT＜0.2，T主要是作為發(fā)送符號(hào)的傳輸率，針對(duì)于不同的調(diào)制技術(shù)特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)如今較為常用的載頻偏差骨架方法是存在著非線(xiàn)性換法以及最小均方程差法。估計(jì)出在偏差△φ贊后既可以去除線(xiàn)性相位分量，從而得到基帶信號(hào)的瞬時(shí)相位，如下所示：

通過(guò)對(duì)上述公式進(jìn)行結(jié)合，并不需要任何先進(jìn)的知識(shí)便可以估算出基帶信號(hào)的瞬時(shí)相位。瞬時(shí)頻率的概念主要是經(jīng)過(guò)Garson等人在1937年首次在電路理論當(dāng)中所提出，指出瞬時(shí)頻率是傳統(tǒng)頻率的一般比，同時(shí)也是相位角對(duì)于時(shí)間的變化率，在1946年Gabor給出了經(jīng)典的解析信號(hào)定義，為研究瞬時(shí)頻率從而提出了理論的基礎(chǔ)，目前較為常見(jiàn)的瞬時(shí)頻率估計(jì)方法主要是由相位法以及譜峰檢測(cè)的方法以及零點(diǎn)法等。

通過(guò)上述分析，因?yàn)槿鄙賹?duì)物理層調(diào)制過(guò)程中的重要信息安全防護(hù)措施，就算是沒(méi)有任何先進(jìn)的知識(shí)非協(xié)作通信的情況下，信號(hào)的重要信息依然是可以被恢復(fù)過(guò)來(lái)，從而使其通信存在著極大的安全隱患。

2 關(guān)于仿真以及分析

針對(duì)于無(wú)線(xiàn)通信調(diào)制信號(hào)來(lái)說(shuō)，其信息的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性的分析，本文選擇數(shù)字移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信以及蜂窩集群通信等無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域當(dāng)中較為常用的GMSK（Gaussian filtered minimun shifk keying），QPSK（quadrature phase shift keying），16QAM（16quadrature amplitude modulation）信號(hào)進(jìn)行仿真的分析，所有的仿真實(shí)驗(yàn)全部假設(shè)為非協(xié)調(diào)作通信環(huán)境，沒(méi)有用到任何的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，其中噪聲主要是為加性高斯白噪音，觀(guān)察碼元個(gè)數(shù)為N，采樣的周期Ts=1/1600s，碼元周期T=1/200s，載頻偏差△fT=0.1。

針對(duì)于GMSK信號(hào)來(lái)說(shuō)，成型濾波器主要是為高斯濾波器，其中濾波器的3dB帶寬以及符號(hào)碼元濁氣的成績(jī)主要是為0.5，GMSK信號(hào)的2個(gè)基帶載頻分別是為f1=1/（4T）=50Hz，f2=-1（4T）=-50Hz，考慮到GMSK信號(hào)調(diào)整特征是瞬時(shí)頻率，所以本文根據(jù)瞬時(shí)頻率的估計(jì)效果對(duì)其存在著的信息安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性的分析。

通過(guò)上述分析，如果在沒(méi)有任何先驗(yàn)信息的過(guò)程中，在一定信噪比以及觀(guān)察碼元個(gè)數(shù)情況下，對(duì)信號(hào)的基本瞬時(shí)特征進(jìn)行常規(guī)有效的調(diào)制，同時(shí)也要調(diào)制星座圖等相對(duì)來(lái)說(shuō)比較重要的信息能被恢復(fù)出來(lái)，在對(duì)通信信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別以及碼元同步等技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，進(jìn)一步對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行盲解調(diào)，讓合法通信遭受安全威脅。

調(diào)制方式加密技術(shù)是現(xiàn)階段新出現(xiàn)的一種物理層加密技術(shù)，對(duì)于這種加密技術(shù)而言，其基本的思想就是在基帶教學(xué)調(diào)制的過(guò)程中對(duì)信息比特反映星座符號(hào)的形式進(jìn)行有效的加密，并且通過(guò)對(duì)星座圖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改變，例如：旋轉(zhuǎn)以及引入極化狀態(tài)調(diào)制等，這樣不僅對(duì)調(diào)制過(guò)程中的關(guān)鍵信息進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵信息的隱藏，讓攻擊者不能對(duì)其進(jìn)行正確的解調(diào)。

3 總結(jié)

綜上所述，無(wú)線(xiàn)通信調(diào)制信號(hào)的信息安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性分析的過(guò)程中，也對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，由于無(wú)線(xiàn)通信鏈路的開(kāi)放性以及調(diào)制信號(hào)重要信息防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)比較缺乏，在接收信噪比較高時(shí)，不僅能夠得到完整的信號(hào)特征，同時(shí)也能得到較為清晰的信號(hào)特征，這樣就會(huì)在一定程度上導(dǎo)致通信安全遭受到比較大的威脅，所以，無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，對(duì)物理層上的信號(hào)調(diào)制過(guò)程中進(jìn)行安全防護(hù)是十分必要的。

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1004-7344（2016）23-0266-02

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