基于内容感知的无线网络物理层抗窃听技术研究

Physical-layer anti-eavesdropping technique is an efficient way toward wireless network security. However, existing physical-layer anti-eavesdropping approaches only focus on the security of signals themselves, while ignoring the diverse characteristics of data content carried by the signals. Therefore, it is difficult to realize the optimized configurations for the anti-eavesdropping resources. Aiming at this problem, this project plans to study the content-aware physical-layer anti-eavesdropping techniques for wireless networks. The key techniques to be studied mainly include: Imbalanced security enhancement via Region-of-Interest (ROI) extraction and channel noise aggregation; Fountain-coding aided anti-eavesdropping technique based on video distortion and delay constraint awareness, Quality-of-Experience (QoE) driven adaptive constellation scaling and cooperative secret transmission. The proposed solutions are all based on the idea of content awareness and driven by the characteristics of services. In addition, the incurred resource consumptions are also moderate. These solutions constitute the novel physical-layer anti-eavesdropping technical framework featured by greenness, comprehension, and smartness. Based on the research of key technologies, we plan to develop the simulation platform to evaluate the proposed theories and methods. This project is helpful in pushing the physical-layer security theory into practical applications, and will lay the solid foundations for making the information security as a ubiquitous service.

物理层抗窃听技术是实现无线网络安全的有效途径。然而，现有的物理层抗窃听方案仅关注信号整体的传输安全性，而忽视信号所承载的数据内容的复杂性和差异性，因此难于实现抗窃听资源的优化配置。针对这一缺陷，本项目拟开展基于内容感知的无线网络物理层抗窃听技术研究。在关键技术方面，研究内容包括：基于感兴趣区域提取和信道噪声累积的图像传输分级安全增强技术，基于视频失真和时延约束感知的喷泉编码抗窃听技术，视觉感受质量驱动的自适应星座伸缩与协作式保密传输技术。三项工作面向未来网络中的多媒体业务，充分体现了消息内容感知、业务特性驱动、资源消耗适中的基本原则，共同构成了以绿色、综合、智能为特点的物理层抗窃听技术体系。在关键技术研究的基础上，我们将开发无线网络物理层抗窃听技术仿真验证平台，对所提创新理论进行评估测试。本项目的开展将有利于物理层安全由理论研究向实际应用的过渡，为信息安全的泛在服务化奠定坚实基础。

物理层抗窃听技术是实现无线网络安全的有效途径。然而，现有的物理层抗窃听方案仅关注信号整体的传输安全性，而忽视信号所承载的数据内容的复杂性和差异性，难于实现抗窃听资源的优化配置。针对这一缺陷，本项目围绕基于内容感知的无线网络物理层抗窃听技术展开研究工作。主要研究内容及重要结果包括：1、研究了基于可信协作和非可信协作的分层级安全保护技术框架，建立了大规模不可信协作网络保密容量理论，颠覆了“保密容量随网络规模扩大而趋近于零”这一经典结论；2、提出了基于星座旋转和重叠的抗窃听信号设计方法，摆脱了已有物理层安全技术方案过度依赖于多天线结构和人工噪声注入的局限性，降低了系统开销，为低成本节点间的安全通信提供了可行方案；3、开辟了基于喷泉码的无线跨层安全传输这一研究方向，建立了以QoS违反概率为核心的全新评估体系，充分适配未来网络多样化业务特征和多维度服务需求；4、研发了基于空口加密的物理层安全试验验证系统，在实际环境下对所提的创新理论和技术进行了评估验证，推动了物理层安全由理论走向实用。本项目的研究面向未来网络中的多媒体业务，充分体现了消息内容感知、业务特性驱动、资源消耗适中的基本原则，形成了以绿色、综合、智能为特点的物理层抗窃听技术体系，为信息安全的泛在服务化奠定了坚实基础，并有望在未来工业互联网、车联网、卫星通信、军事通信等场景中得到应用。