特定辐射源指纹识别的无线信息安全新理论

（国防科技大学电子科学学院 福建 410073）

1 引言

随着我国信息化进程的不断加速，信息化与工业化深度融合，云计算、物联网、移动互联网等新技术、新模式和新应用的出现，信息安全已经成为影响国民经济和人民日常生活的核心因素，信息安全保障需求日益增加，信息安全产业直接担负着为国家信息化基础设施和信息系统安全保障提供信息安全产品及服务的战略任务。早在2012年颁布的《信息安全产业“十二五”发展规划》中就明确指出，我国信息安全整体相对弱小，关键产品和服务依赖进口，核心技术积累不足，亟须加快发展。

特定辐射源指纹识别技术指利用无线通信设备辐射的电磁信号中所蕴含的“指纹”特性来进行个体身份识别的技术[3]。它所依据的是“没有两片相同的树叶”及对电磁辐射源识别要细化到个体的需求，达到独一无二的识别。基于特定辐射源识别技术有望颠覆现有的基于密钥、数字证书等的无线信息安全机制，彻底解决信息安全领域面临的巨大威胁，在交通、金融、安保等领域具有极其广阔的市场前景。

本文对基于特定辐射源指纹识别技术在无线信息安全领域的应用进行了全面阐述，对潜在的应用方式、核心关键技术进行深入分析，并基于无线网卡数据对思路的可行性进行初步实验，对于推动无线信息安全体制变革具有指导意义。

2 特定辐射源指纹识别概念

特定辐射源识别（SEI）技术在国外研究较早，并且已经投入实际应用[4]。根据报道，20 世纪60 年代中期，美国政府就提出了识别以及跟踪特定移动发射机的应用需求，并与诺格（Northrop Grumman）公司合作，研发了一种能够实时识别和跟踪特定辐射源的方法，该公司在此背景下首先研发了一套处理系统，并成功地将其应用于各种射频通信设备的指纹识别。

经过多年发展，国外特别是西方技术强国，如美国等国家，在特定辐射源指纹识别技术上取得了很大进步，研制了很多系统，并且在军事领域进行了大量应用。除美国外，英国的QinetiQ 公司和加拿大的国防研究发展局都已开发出特定辐射源指纹识别系统。

在民用领域，特定辐射源指纹识别技术已经被应用于增强无线网络安全，如在蜂窝网络中阻止未授权的接入。随着移动电话业务的发展，指纹识别技术也被国际海事通信卫星系统所采用，用以确认用户终端。

所谓特定辐射源指纹识别，指的是利用不同无线设备个体由于设备之间差异性进行指纹识别的技术。

3 核心关键技术

新的无线信息安全机制需要攻克的核心关键技术包括

（1）无线设备个体特征智能测量与分析技术

重点开展以无线网卡为代表的辐射源指纹提取技术的研究，提取稳定、有效的辐射源指纹特征，用以唯一标识不同的个体。特别是基于无线通信设备信号采集数据驱动的无线设备个体特征智能化提取新方法，从而建立对无线通信设备信号的全新认知，辨识非法目标。

（2）非法无线目标智能识别系统构建技术

重点加强特定辐射源分类识别技术的研究，设计高效、稳健的智能分类识别系统，用以准确、自动识别不同的无线通信个体。

4 初步应用设想

（1）基于封闭式的应用解决方案。

封闭式应用是针对相对独立、用户数量和用户身份相对固定的安全认证场景，如某一单位的人员身份认证，无线局域网络的合法用户身份认证等。

（2）基于开方式的应用解决方案。

开放式应用是针对相对开放、用户数量和用户身份经常性变化的安全认证场景，如在银行卡身份认证中的跨行、跨区域、跨代（要保证以前的卡也能用）的银行卡身份认证情况。

5 仿真实验结果与分析

图1 信号采集系统

本小节主要通过一个实验论证本文提出新的信息安全机制的有效性。本文设计了一个信号接收与采集子系统，如下图所示。它主要由1 条接收天线、1 台数字接收机、1 台示波器和1 台计算机组成。它的主要的工作过程是通过接收天线接收数字接收机事先设置的频段的无线设备信号，将数字接收机接收到的信号显示在示波器上，然后利用示波器对信号进行采集，最后将采集到的数据保存到计算机上。

基于文献[5]提出的特征对不同的手机进行指纹特征测量与分析，实验结果如下图所示。从图中可以看出，不同的诺基亚手机可以基于其发射的无线信号直接进行分辨。

图2 特征结果

6 结束语

本文重点探讨了特定辐射源指纹识别技术在无线信息安全领域的应用新方式，重点提出了全新的无线信息安全新机制，通过建立基于特定辐射源指纹识别的无线信息安全技术标准，形成基于特定辐射源指纹识别的无线信息安全技术产品与服务的商业模式，推动新的基于特定辐射源指纹识别的终端产品以及安全认证服务，可广泛应用于公共安全领域，具有广阔的市场应用前景。