田安航

（展訊通信（天津）有限公司 天津 300000）

無(wú)線通信調(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)線通信；信息安全；探究

引言

由于無(wú)線物理信道的開(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)線通信系統(tǒng)而言，無(wú)線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；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

2016-7-23