2025-01-02-紫金山实验室-无线内生安全技术2.0蓝皮书（2024年）_67页_5mb

无线内生安全技术2.0总结

核心内容概述

无线内生安全技术2.0旨在通过无线环境内生安全属性——“各点异性”的利用和改造，构建高自由度的无线内生安全架构，以对抗无线环境中自然与人为的广义不确定扰动，实现对未知威胁的防御。该技术融合了内生安全理论与传统无线通信信息安全与功能安全技术，为无线通信系统的可靠性与安全性提供指导，是未来无线通信安全发展的趋势。

主要观点

• 无线通信安全问题：无线通信由于电磁波开放式传播，存在信号易被截获的问题，传统安全机制如加密算法、安全协议等，难以从根本上解决信号辐射泄露带来的安全问题。
• 内生安全理论：内生安全理论利用具有动态、异构、冗余（DHR）属性的安全架构，通过系统自身构造或运行机制实现安全功能，使攻击者难以认知系统构造，从而实现“测不准”效应。
• 无线内生安全属性——各点异性：各点异性是无线通信系统中天然存在的信道差异性，可作为构建安全机制的基础。通过利用这一属性，系统可以实现对合法与非法信道的差异化处理，提升通信安全。
• 自由度与安全性能：无线内生安全的自由度是指系统可重构空间的大小，包括时域、频域、空域等维度。提高自由度有助于增强通信系统的抗干扰、抗衰落和抗截获能力，是实现完美安全的关键。
• 信息超材料的作用：信息超材料（RIS）在无线内生安全中扮演重要角色，其可重构电磁特性能够提升信道熵、优化信道相关性，并通过动态调整相位实现对无线环境的精细控制，增强通信安全性和可靠性。

关键信息

一、无线内生安全需求

• 无线通信技术快速发展，但其安全机制相对滞后，多采用“亡羊补牢”式方法，难以应对未知威胁。
• 6G系统将安全、隐私和弹性作为设计原则之一，强调通信与安全的融合，内生安全理论为实现这些目标提供了新思路。
• 内生安全机制可使系统在不依赖先验知识的情况下实现安全，具有“测不准”效应。

二、无线内生安全基础理论

• 信息论诠释：内生安全机制与香农完美保密理论相似，强调“下一次攻击结果与历史攻击结果无关”。
• 各点异性：这是无线内生安全的核心属性，源于信道的天然差异性，可用于构建安全机制。
• 高自由度构造：通过提升系统自由度，特别是空域自由度，可以实现对干扰和信号的精准操控，提高通信系统的安全性和可靠性。
• 信息超材料赋能：信息超材料能够提升信道熵、优化信道相关性，并实现信道的可编程和可重构，从而提升无线通信系统的内生安全性能。

三、无线内生安全新技术

1. 信息安全

• 抗截获：通过信息超材料辅助的密钥生成和安全传输技术，实现信号的隐蔽和加密，增强抗截获能力。
  • 密钥生成：利用无线信道的随机性、时变性和唯一性，提取密钥并结合RIS进行动态优化，实现“一次一密”。
  • 安全传输：通过RIS对信号进行反射调制，实现隐蔽传输，提升信号安全性。
• 认证：基于无线信道指纹的认证技术，利用信道的随机性和时空不一致性，实现无密钥分发的认证机制。

2. 功能安全

• 隐蔽通信：利用空域差异和信息超材料的多径匹配能力，实现信号在私有空域资源上的传输，提高隐蔽性。
• 抗干扰：通过RIS的可重构特性，实现对干扰信号的精准抑制，提升通信系统的抗干扰能力。
• 抗衰落：通过多径信道的精细化感知和匹配，提升信号接收质量，实现抗衰落通信。

四、无线内生安全原型系统与原理验证

• 基于RIS的无线高速密钥生成与加密系统：通过RIS对信道进行实时重构，实现密钥的高速分发与动态更新，提高无线通信的安全性。
• 基于RIS的5G内生安全小基站认证系统：利用RIS提升认证能力，实现对非法终端的识别与隔离，测试结果表明认证成功率可达100%。
• 基于RIS的信号隐写与安全传输系统：在不主动发射信号的前提下，实现信息的隐写与安全传输，具备强隐蔽性、低能耗、易部署等优点。
• 基于RIS天线的射频前端抗干扰系统：通过RIS的可重构特性，实现对干扰的精准消除，提升系统在复杂电磁环境下的抗干扰能力。
• 基于RIS的无线内生抗衰落通信系统：利用RIS对多径信道进行精细化处理，实现对信号的增强和衰落的抑制。

应用展望

• 6G通信：内生安全技术将作为6G系统的重要组成部分，实现通信与安全的深度融合，提升系统的安全性与弹性。
• 高弹性和强韧性军事无线通信：通过RIS等技术实现高自由度通信，增强系统在恶劣环境下的抗干扰和抗衰落能力，提升军事通信的可靠性与安全性。

结论

无线内生安全技术2.0通过利用无线信道的“各点异性”和高自由度构造，构建了新的安全架构，实现了对未知威胁的主动防御。结合信息超材料等新技术，无线内生安全不仅能够提升通信的安全性，还能增强系统的功能安全，为未来无线通信系统提供更全面的安全保障。