專題：物理層安全技術

特邀策劃人

畢業于國防科學技術大學通信工程專業?，F任國防科技大學電子科學學院教授、博士生導師。全軍優秀教師，軍隊院校育才金獎獲得者，國家精品課程、國家精品資源共享課程《信息論與編碼基礎》負責人。

承擔多項國家自然科學基金、國家“863”、武器裝備預研等項目，在IEEE Trans等發表SCI學術論文30余篇。先后榮獲省部級科技進步二等獎3項，軍隊教學成果二等獎1項，國家發明專利4項，國防專利1項，軟件著作權1項。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、通信系統設計等。

畢業于西安電子科技大學信息與通信工程專業，獲工學學士、碩士和博士學位，日本靜岡大學聯合培養博士，加拿大蒙特利爾大學博士后，先后任職西安電子科技大學副教授、蒙特利爾大學及麥吉爾大學高級研究員。現任華僑大學教授，中國電子學會高級會員，中國電子學會信息論專委會委員，IEEE學會會員，長期擔任國內外重要期刊及會議論文評審人。主持完成國家自然科學基金面上項目和省自然科學基金面上項目等10余項，參加國家和省部級項目10余項。主要研究方向：信道編碼和物理層安全通信。

內容導讀

隨著信息技術的高速發展，現代通信技術面臨著不斷更迭的安全威脅，此外由于數以億計的設備接入無線通信系統中，用戶隱私竊聽和攻擊事件頻頻發生，無線通信的安全問題顯然已成為限制無線通信業務廣泛開展的嚴重障礙。物理層安全(Physical Layer Security，PLS)技術作為增強無線通信安全性的新手段，利用物理層信道特性來保護需要傳輸的信息，實現了安全與通信一體化，它與現有密碼技術的結合能夠更好地彌補無線信道開放性帶來的安全缺陷。隨著無線通信各項技術的發展和創新，物理層的資源也逐漸被充分利用起來，物理層安全技術在未來通信系統中具有廣闊的應用價值。為了讓大家對物理層安全技術有深入的認識，我們組織了本專題。

在5G無線通信系統中，高效、快速、安全地傳輸信息對整個通信系統有著重大意義。論文“5G通信背景下物理層安全技術研究”對5G通信安全架構、通信系統的各協議層存在的安全威脅、物理層存在的安全問題和安全技術等進行了介紹，并基于物理層密鑰生成技術和物理層加密技術提出了解決方案。論文“基于無線信道特征的內生安全通信技術及應用”從無線通信網絡的根源出發，面向無線信道的內生屬性，研究了基于無線信道特征的內生安全通信架構，提出了基于射頻指紋與信道密鑰的內生安全通信技術方案，旨在從體系結構上增強防御效果和安全性能。論文“一種基于物理層加密的OFDM 系統設計與實現”提出了一種基于物理層加密的OFDM 通信系統，通過加密調制聯合設計，在復數域對調制后的復數信號進行等距變換，以混淆原始信號波形特征，可實現低功耗、低復雜度、低時延的物理層加密。

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

非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)是一種新型的多址接入技術，可以顯著提升網絡的接入用戶數，是海量連接場景中一個重要的候選空口技術。論文“全雙工竊聽者主動干擾的協作NOMA網絡性能分析”研究了瑞利衰落信道下協作非正交多址系統的安全性能，推導了安全中斷概率的近似表達式，分析了各節點傳輸信噪比與功率分配因子對系統中斷概率的影響。論文“自適應竊聽下NOMA用戶協作干擾的物理層安全研究”提出了一種新型的協作NOMA方案，通過將強用戶充當中繼來協助轉發弱用戶信號，而弱用戶采用全雙工技術向竊聽者發送干擾信號，從而提高通信鏈路的安全性和用戶的服務質量。論文“基于NOMA的協作中繼網絡安全性能分析”從物理層安全角度研究了基于NOMA的多中繼協作通信網絡的安全性能，針對兩種常見的通信場景，分別對正交接入和非正交網絡的安全性能進行了理論推導及對比分析，驗證了相同信道條件下NOMA網絡可取得比OMA網絡更好的安全性能，隨著中繼節點數目的增加，NOMA網絡的優勢將更為明顯。

最后，論文“能量采集技術在主動竊聽系統中的應用研究”針對基于能量采集技術的可疑通信網絡的主動竊聽場景，推導了主動竊聽不中斷概率的半閉合表達式，分析結果表明，能量采集時間、采集效率與可疑接收者的發射功率都是影響主動竊聽性能的主要因素，且相互之間都存在正比關系。

綜上所述，本專題包含了物理層安全技術綜述、系統設計和關鍵技術分析等多個層次的文獻，能夠反映物理層安全調制、NOMA安全傳輸、竊聽系統中能量采集等技術的研究現狀和關鍵結論，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！