基于人工噪声与密钥矩阵的物理层安全算法*

吴 游，武汉卿，陶文俊

（1.东南大学信息科学与工程学院，江苏 南京 210000；2.江苏科技大学 电子信息学院，江苏 镇江 212001）

0 引 言

由于无线通信技术的蓬勃发展，人们的生活方式变得非常便捷，移动手机、笔记本电脑等设备正在令人们的生活方式发生翻天覆地的变化。然而，无线信道的开放性令发送的信息容易受到窃听和攻击。文献[1-2]阐述了无线通信系统中因为无线信道开放性带来的信息安全问题的严重性。文献[3]则证明了可以在无线通信信道中实现物理层安全通信。近些年，无线通信安全领域的研究热门逐渐偏向于物理层安全技术。

文献[4]证明了可以通过星座旋转调制方案对OFDM系统的误码率和分集增益性能进行优化。文献[5]首次提出了人工噪声的相关概念，并设计了2种应用人工噪声的方法。文献[6-7]将人工噪声再次扩展到协作噪声，由多个互不相干的节点通过协作方式同时发射人工噪声，进一步降低非法接收者的信噪比。文献[8]提出了使用伪随机生成密钥的OFDM符号的相位进行星座变换，然后在旋转后的OFDM符号中再次添加微小的人工噪声的物理层安全算法。

本文针对信号在无线通信系统中传输存在的安全问题，提出了一种基于人工噪声和密钥矩阵的物理层安全算法。该算法将传输的OFDM符号进行相位旋转，并添加对角密钥矩阵保护输入数据，加密信号进入信道前添加人工噪声信号掩藏保护，确保了物理层能够进行安全通信。本文主要通过误码率、峰均比以及星座图等参数，说明算法的可行性。……