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是基于无线通信系统内生安全属性——“各点异性”——构建的高自由度安全架构，旨在解决无线通信中因电磁波开放式传播带来的安全问题。与传统安全机制不同，该技术不依赖外部加密算法或协议，而是通过系统自身构造和运行机制实现安全，具备抵御未知威胁的能力，是内生安全理论与无线通信安全技术的深度融合。

主要观点

• 无线通信安全的困境：传统无线通信安全依赖加密算法与协议，难以应对无线信道的开放性与易被截获的特性，且存在“亡羊补牢”式的问题。
• 无线内生安全的理论基础：基于“各点异性”和高自由度构造，实现对无线环境的主动调控与优化，使攻击者难以获取系统构造信息。
• 无线内生安全的实现方式：通过信息超材料（RIS）等技术手段，重构无线信道，提升信道的复杂性和不确定性，从而实现抗截获、抗干扰、抗衰落等功能安全。
• 与传统安全机制的对比：无线内生安全不仅实现信息安全，还融合功能安全，通过构造差异实现“测不准”效应，使系统具备更高的弹性和强韧性。

关键信息

1. 无线内生安全需求

• 无线通信系统随着代际演进，安全机制通常滞后于通信技术发展，导致系统面临更多未知威胁。
• 6G系统将安全、隐私和弹性作为重要目标，强调安全与功能的一体化。
• 无线内生安全通过“各点异性”和高自由度构造，实现对攻击的抗御，避免依赖传统补丁式安全策略。

2. 无线内生安全研究现状

• 信息安全：

  • 利用无线信道的时变性、随机性等特性实现密钥生成和安全传输。
  • 信息超材料辅助的密钥生成技术通过反射系数优化，实现密钥速率提升和“一次一密”目标。
  • 物理层安全传输技术通过波束赋形与干扰消除，实现对合法用户的信道保护。
  • 射频指纹技术用于身份认证，具备唯一性和第三方不可仿冒性。

• 功能安全：

  • 隐蔽通信：通过空域差异性实现信号在私有空间的传输，利用RIS动态重构信道，提升隐蔽性。
  • 抗干扰：通过RIS调控信号传播路径，形成主瓣与零陷，实现干扰消除与信号增强。
  • 抗衰落：利用多径信道的差异化特征，通过异构天线阵列实现信号的精细化感知与接收，提升通信可靠性。

3. 无线内生安全基础理论

• 信息论视角：内生安全与香农完美保密存在相似性，即攻击者无法通过已知信息预测下一次攻击结果。
• 结构差异性：系统构造的差异性是内生安全的核心属性，通过结构差异实现对攻击的不可预测性。
• 自由度构造：无线内生安全依赖于系统自由度，通过提升合法方的自由度，实现对攻击方的压制，从而逼近“完美安全”。

4. 信息超材料赋能内生安全

• 信息超材料通过可重构电磁特性，增强无线信道的自由度，提升系统的抗干扰、抗衰落与安全传输能力。
• 利用RIS技术实现无线信道的动态调控，使系统具备更强的弹性与安全性。
• RIS赋能的无线信道可实现“一次一密”目标，为无线通信提供物理层安全保障。

技术应用与原型验证

1. 基于RIS的无线高速密钥生成与加密系统

• 通过RIS实现密钥的快速生成与动态更新，提高密钥安全性。
• 系统包括车载式电台、单兵电台和RIS单元，支持多径信道的相位随机化处理。
• 实验显示在2m、1.5m等距离下认证成功率可达100%，而0m时仅25%。

2. 基于RIS的5G内生安全小基站认证系统

• 利用RIS实现对终端身份的认证，支持在5G空中接口层进行身份验证。
• 通过RIS对无线信道进行动态重构，实现终端与基站之间的安全隔离。
• 实验表明系统在10米内可实现100%的认证成功率。

3. 基于RIS的信号隐写与安全传输系统

• 通过RIS反射信号，实现信号隐写与安全传输，无需主动发射信号。
• 系统架构包括发射子系统与接收子系统，支持隐写信息帧的嵌入与恢复。
• 实验验证了其在信号层面的隐蔽性与安全性，具备低能耗、易部署等优势。

4. 基于RIS天线的射频前端抗干扰系统

• 通过RIS天线实现对无线信号的实时重构，提升系统抗干扰能力。
• 系统支持空域信号匹配与滤波，实现对干扰的精准消除。
• 实验验证了其在复杂电磁环境下的有效性，可显著提升通信可靠性。

5. 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操控，实现对信号的精准接收与恢复。
• 系统支持异构天线阵列和空时联合优化，提升抗衰落能力。
• 实验表明系统在多径环境下具备强鲁棒性，可有效恢复信号并提高通信性能。

应用展望

• 6G通信系统：无线内生安全技术将成为6G安全设计的核心，提升系统弹性、安全性和隐私保护能力。
• 高弹性和强韧性军事通信：RIS技术可应用于战场环境，实现对无线通信的抗干扰与抗截获，提升通信系统的安全性和可靠性。

结论

无线内生安全技术2.0通过无线信道的“各点异性”和高自由度构造，为无线通信系统提供了一种新的安全范式，融合了信息安全与功能安全。该技术不仅能够有效抵御已知和未知的安全威胁，还通过信息超材料（RIS）等创新手段，提升系统的弹性和强韧性，成为未来无线通信安全的重要发展方向。