[发明专利]一种定位合法用户和窃听用户的方法与系统

说明书

本发明公开了一种定位合法用户与窃听用户的方法和系统。所述定位合法用户与窃听用户的方法包括：进行导频训练，确定第一空间谱峰值、第二空间谱峰值、第三空间谱峰值和第四空间谱峰值；根据所述四个空间谱峰值确定第一入射方向、第二入射方向、第三入射方向和第四入射方向以及发射端、合法用户和窃听用户三者间空间距离；根据所述四个入射方向与发射端、合法用户和窃听用户三者间空间距离，对所述合法用户和所述窃听用户进行定位。所述定位合法用户和窃听用户的系统包括发射端、合法用户和窃听用户。

技术领域

本发明涉及通信安全领域，特别是指一种定位合法用户和窃听用户的方法与系统。

背景技术

物理层安全(Physical Layer Security，PLA)是指利用收发双方无线信道的互易性和随机性，以及发送者与合法用户及恶意用户之间信道的差异性来提高合法用户的接收信号质量，是传统复杂密码学方法的一种重要补充或者替代，能够有效地提高合法信道的传输速率，降低窃听用户的信息率，保证合法用户对信息的有效接收。

目前威胁物理层安全的攻击行为主要包括被动攻击和主动攻击，其中，被动攻击过程中，恶意用户不发送信号，只是窃听传输的保密信息并进行解码，因此该行为不易被发现，也不会中断通信系统的通信；主动攻击中，窃听用户则会传输虚假信息或者噪声给合法用户，使合法用户无法正确获得发送端的信息，主动攻击还包括拦截传输中的私密信息来降低系统的安全性能。

针对上述存在的威胁，目前PLA研究一是从信息论的角度出发，利用基于信道安全编码的技术提高合法用户的安全容量，实现合法用户的安全接收；二是利用信号处理方法提高信息的保密容量。安全编码方案大多要求合法接收信道的信道状况要优于窃听信道，这在实际中并不能保证成立。信号处理技术利用物理层技术，如预编码技术、波束成型技术、人工噪声技术等来增强合法接收信道的信道状态，降低窃听信道的信道状态，使得窃听用户无法解调出保密信号。然而这些技术大多假设已知合法信道和非法信道的全部或部分信道信息，因此在信息传输前应先通过信道训练阶段获取信道信息。

存在安全威胁的通信环境可以用由发射端、合法用户、窃听用户组成的窃听信道模型来描述。在所述窃听信道模型中，发射端为了估计与合法用户之间的信道信息，在进行信息传输之前先利用导频信号进行信道训练。由于导频信号是公开的，在信道训练阶段，窃听用户会与合法用户同时发送导频信息，这样发射端根据接收信号估计的信道是不准确的。发射端在不知道窃听用户的情况下利用估计的信道发射信息时，会有部分信息泄露给窃听用户，威胁信息的安全，我们称这种攻击是导频欺骗攻击(Pilot Spoofing Attack，PSA)。

为了实现信息的安全传输，我们不仅要检测到窃听用户的存在，还要估计合法信道(发射端与合法用户之间的信道)的信息。目前提出克服导频攻击的方法有如下几种，一种是合法用户通过重新设计导频信号(比如利用二进制相移键控(2PSK)符号作为导频信号，或随机分配导频信号，或在分配的导频信号中插入伪随机序列)来检测窃听用户，一种是利用信道在时分双工(TDD)系统中信道的对称性(如能量比检测、上下行训练过程中估计信道的差异性)来检测窃听用户，一种是通过奇异值分解来判断信源的数目来判定有无窃听用户。然而，大多现有的克服导频攻击的方法能够检测出通信环境中窃听用户的存在，但无法进一步地估计出合法信道与窃听信道的信息实现对合法用户和窃听用户的定位，还是无法有效实现信息的安全传输。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种能检测出窃听用户且能够进一步获取合法信道与窃听信道信息以实现对合法用户和窃听用户的定位的方法。

基于上述目的，本发明提供了一种定位合法用户和窃听用户的方法，包括：