[发明专利]基于启发式聚类的多属性物理层认证方法、装置和服务器

说明书

本发明公开了基于启发式聚类的多属性物理层认证方法、装置和服务器。该方法包括步骤：对接收到的信号进行采样，提取多重PHY特征，构建原始特征空间；通过二重主成分分析将原始特征空间映射到正交子空间；在正交子空间上执行非参数的局部启发式聚类，返回最优的聚类结果；以最优的聚类结果为基础，通过欧氏距离判决当前接收到的信号是否合法。该装置包括采样模块、去相关性模块、聚类模块和认证模块。该认证服务器部署有该认证装置。本发明通过主成分分析将特征空间映射到正交低维子空间，提高了物理层特征认证的稳定性；提出基于分裂能量和合并能量的非参数聚类算法，可以自动确定聚类个数，以极低的复杂度实现极高的认证性能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及基于启发式聚类的多属性物理层认证方法、装置和服务器。

背景技术

在无线通信中，信号经无线信道的传播导致身份信息存在泄露的风险。目前较为广泛使用的身份认证方法是采用密钥作为身份标识的密码认证，相关研究主要集中在密钥管理的安全性和有效性上。然而，随着无线网络框架的发展，密钥管理变得越来越复杂，使其可能不适用于资源受限的情况。同时，随着基于身份的攻击方式的出现，如欺骗攻击、拒绝服务攻击等，攻击者很容易伪造他们的MAC地址和其他身份信息，伪装成另一个发送方，在很多领域都造成了巨大的损失，身份安全问题近年来得到了越来越多的关注。相比较而言，物理层(PHY，Physical Layer)认证方式的计算复杂度低，安全性高，因此被作为身份认证的另一种可行的解决方案。

PHY认证机制的一般原理是身份验证服务器采集接收信号，提取PHY特征值，然后将这些特征值与参考值进行比较。如果PHY特征与参考值之间的差异小于认证之前训练阶段可以得到的阈值，则认证过程返回来自合法终端的接收信号。换句话说，PHY认证利用了合法接收信号和欺骗信号之间物理层特征的差异来区分它们。与密钥认证相比，PHY特性直接与通信设备和相应环境相关，具有极高的伪造难度。但是，由于无线信道的存在，无线电波的传播路径复杂，信号经无线信道到达接收端会受到各种衰落的影响，因此物理层特征存在很强的不稳定性，对认证性能影响很大。因此，有必要设计合理的物理层特征和校验手段，以保障认证性能。即为了提高PHY认证的可靠性，有效的特征处理过程是必不可少的。

聚类分析是将海量数据划分为不同聚类集的过程，同一个聚类集内的数据彼此相似，不同聚类集间的数据差异较大。由于数据量的快速增长，聚类算法在数据处理领域得到了广泛的应用。传统的聚类算法是迭代下降聚类算法，例如PAM(Partitioning AroundMedoid)，目的是在已知聚类数时确定聚类集。但对于PHY认证问题，根据采样对象的特点，需要自动确定聚类集的数量。并且，传统的聚类算法会带来极高的计算复杂度。

随着无线网络的发展，延迟成为重要的性能指标。传统的身份验证延迟包含密钥传输延迟和计算延迟。但是对于MEC(Mobile Edge Computing)场景中的PHY认证来说，传输延迟是可以忽略的。因此，身份验证算法的延迟与算法复杂度呈正相关，计算复杂度被用来表示身份验证延迟。在基于PAM的系统演进算法中，搜索最优的集群中心会带来很大的计算复杂度，这在延迟敏感场景中是不可接受的。

因此，如何在提升PHY认证的可靠性的同时，降低认证过程的计算复杂度进而减少身份验证延迟，成为了本领域技术人员有待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于启发式聚类的多属性物理层认证方法、装置和服务器，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明实施例的第一个方面，提供了一种基于启发式聚类的多属性物理层认证方法，包括如下步骤：

对接收到的信号进行采样，提取多重PHY特征，构建原始特征空间；

通过二重主成分分析将所述原始特征空间映射到正交子空间；