摘要：5G通信背景下的物理层安全技术研究逐渐深入，推动安全通信体系的科学建设。物理层的安全技术应用主要基于通信信道特征，设计安全框架，应用新型的安全加密技术等。本文以目前物理层安全技术的研究为基础，探讨物理层安全技术内容，并对其在网络通信架构中的具体应用方式进行明确，确保系统运行的安全性和稳定性。高压喷雾器
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关键词：通信技术；物理层；安全技术；加密技术
引言：5G通信技术应用提高了通信信息的时延效果，信息传输渠道扩展性增强，其在功能扩展的过程中也产生了一系列的安全问题。通信网络拓扑结构具有开展性特征，传统的密码安全技术应用已经不适用于5G技术，物理层的安全技术应用方式、类型也不断增加，尽可能满足5G通信技术应用的客观需要。本文对物理层的安全技术应用进行研究，具有广泛的社会意义。 15G通信安全需求分析
1.1安全需求分析
5G通信技术发展的最大特点是推动了物联网体系的完善建设，通信网络架构需要支持新的技术、新的场景，而在不同的场景下如何保障通信的安全需求十分重要。与4G通信技术相比，5G技术的安全域构建需要更加完善，按照安全域模块需要建立接入安全域、核心安全域、业务安全域、管理安全域，分别应用到不同的安全领域之中。在5G背景下实现万物互联，其网络通信时延较低、连接认证域更宽，对安全防护的需求更高。基于5G通信的安全需求分析，需要建立完善的网络安全架构，架构中应包括物理层安全、切片安全、隐私保护等内容，实现对风险问题的防范与控制，提高通信系统的安全防护能力自平衡两轮车[1]。
随着5G技术在不同场景中的应用逐渐加强，其会在更多的场景中进行应用，网络服务模式也会呈现出差异化的方式，需要建立新型的网络架构。其在功能扩展的同时也要具备高强度的安全防护能力，实现对网络通信应用安全风险的科学预控[2]。444gggg
1.2安全现状
5G技术的应用拓展了用户范围和用户区域，为用户提供垂直化的服务，其安全技术应用也不仅仅停留在单个端口，而是实现端口与端口之间的联合保护，满足业务安全需求。5G技术应用TCP网络模型，按照网络通信模型结构可以将其分为应用层、传输层、网络层、物电磁感应采暖炉
理层等，每个层级模块均需要做好相应的安全防护措施，应用适宜的安全技术。其中物理层的保护机制不完善，通信安全协议的签订认定物理层提供的信息并无错漏，导致安全技术应用范围有所降低。基于5G技术的信道具有开放性可拓展性，在一定的范围内可以接收到物理层传输的信号，通过解码的方式可以获取信息，导致信息记录。基于对现下的安全保护机制进行分析，其主要应用上层加密技术对其进行保护，在大量数据处理的过程中，信息安全也会受到影响，受到干扰和窃听的可能性有所增加[3]。
2物理层安全技术研究
2.1信息理论应用
基于信息论对物理层的安全防护技术应用进行分析，其主要通过对信息传播信道的保护，充分考虑物理属性对信息传播的影响，以此应用安全技术。考虑到物理层安全技术应用具有一定限制性，将数学结构与性质作为安全防护的基础内容。本文所提出的物理层安全技术也是机密信息理论，借助密匙实现加密信息的作用。信息传输过程中如果通信信道的功能高于窃听信道的功能，信息的发送端和信息的接收端可以实现安全数据交换，信息通信的正速率可以得到保障。这一理论的应用基于对物理层信道保密容量的分析，物理层在受 到通信窃听时，如果信道主链路的信道容量与窃听信道容量之间存在差异，主链路信道容量存在可变性，经常性会出现衰减问题，导致保密容量出现变动，安全防护效果也会受到影响。
2.2人工噪声辅助技术应用
人工噪音辅助技术考虑到攻击方的信号影响因素，通过发送噪音的方式影响到攻击方的通信信号，产生干扰，使得信息接收对象可以准确的收到信息。人工噪音的产生通过发射功率的分配，影响到窃听者、攻击者的信道容量，但正常信息传输双方的信道不会受到影响。该技术应用需要时刻发射大量的功率，在未受到攻击的情况下会浪费大量的资源[4]。
2.3波束形成技术应用
一种新型的波束形成保密技术应用，通过建立非正交多址的方式建立系统，设定SBF方案对用户传输的提供保护。该技术将人工噪音辅助技术和NOMA技术有效融合，在分集顺序分析的基础上，提供不完全连续性干扰。该技术指定了信息的传输通道，窃听者接受的信号方向与原始信息传输方向存在差异，信号会受到一定程度的干扰。波束形成技术的应用
通过对比信号高低的方式，为物理层提供相应的防护。波束形成技术与人工噪音辅助技术融合，能量采集功能得到保障，即使传输速率具有约束性，但其保密率仍可以得到保障。该技术为了实现保密率最大化，采用二维搜索的方式进行计算求解。此外，新型的ZFBF技术，在零强迫下形成波束，保障MIMO通信的安全性。该技术应用具有校准功能，发射率的数量应用限制性减弱，实现保密率最大化。
2.4密匙生成技术应用
密匙生成技术应用基于无线传输的物理特性生成密匙，该技术在20世纪90年代产生，通过信道信息状态的分析，生成密匙。在用户之间建立密匙，通过随机生成密码的方式实现对物理层的防护。该技术在物理层的安全防护之中被广泛应用，密匙的容量与通信传输的信道测量结果有着直接关系，通过优化导频长度、信道质量的方式，可以实现对密匙的科学调整。但该技术应用在签订密匙协议的过程中会产生信息泄露的问题，保密性有待提升。新型的密匙生成技术应用共享理念，消除泄露的信息，保密性有所提高。目前，混沌发生器在密匙生成技术中应用广泛，应用场景也随之得到扩展。非线性的混沌系统建立，以拓扑结构的方式，将逻辑离散处理，密匙的随机性也有所增强。通过逻辑映射的方式将原本有序的信息转化为无序的混沌状态，实现混沌密码的生成。
2.5物理层加密技术应用
物理层的加密技术同样应用密匙实现对信息传输系统的保护，通过阶段数据流的调整控制，实现对物理层的加密防护。数据传输的信道编码和逆快速傅里叶的变化操作，可以适用于不同阶段的数据流加密。由于物理层调制技术应用存在差异，所采用的PLE方案之间也存在差异。基于OFDM系统的时间应用，可以采用子载波加密技术和相位加密技术，对流量密码定调制。此外，XOR加密技术应用以轻量级的方式，可以实现对物理层的加密防护，该技术应用在编码生成之前运行，对二进制的传输数据进行防护。但该技术在应用过程中受物理层的波形变化所影响，导致安全防护效果受到影响下。
3物理层安全加密技术应用
3.1密匙生成技术实践应用
3.1.1生成机制
由于5G技术对物理层密匙的应用提出了共享需求，共享密匙的应用方式产生。共享密匙基于对结构算法和密匙的科学分发，实现物理层的加密保护。由于5G通信环境下的网络处于
动态变化，节点处于移动的状态之中，密匙分发会受到一定程度的影响。基于物理层信道特征的密匙生成技术应用通过无线衰落信道产生密匙，在不需要签订协议的基础上可以实现密匙保护。
按照密匙技术应用方式，可以将其分为三类，分别为RSSI密匙生成、CIR密匙生成和混合密匙生成，上述密匙均在物理层的安全防护应用，但前两种方式的应用更加广泛。
（1）RSSI密匙生成技术应用通过计算接收信号功率的平均数进行应用，采用保密增强的方法实现对物理层的加密。经过设备验证和测试之后，对该技术进行提取，比较常用的是迭代提取的方式，可以减少BIT不一致问题的产生。相关技术人员通过应用电子可控无源天线阵列的方式，使得信道特征处于波动变化状态下，从而进行密匙的提取。该方法在RSSI密匙提取之中应用可以有效提高密匙的生成效率，辅助应用信道探测的方法，对测量值进行确定，选择最优的测量值提高密匙的控制效果。此外，辅助应用BCH技术可以发挥密匙纠错的作用，提高效果。
（2）CIR密匙生成技术应用将多径信道作为基础，采用抽头方式对信道的复增益值进行明确，提取信道的CSI信息。由于相位属于均匀分布状态下，且具有一定的独立性，可以抽
取到更多的密匙。基于多径信道的密匙容量控制可以根据节点的信道观测值进行速率调整，速率不会受到带宽影响。
3.1.2密匙提取程序
物理层安全防护密匙的提取基于无线信道的特征实现，在特征探测的基础上，实现特征量化处理，随后进行保密增强，提取共享密匙。无线信道作为随机源存在，对其进行密匙提取，其具备短时互易性、时变性和时空唯一性特点。短时互易性是指在TDD的传播模式下，在相干的时间内信息信号处理，信号在此过程中经历相同的衰落，响应方式相同。时变性是指无线通信环境受其他因素影响，导致其信道特征存在变化，这种变化具有随机性的特点。空间唯一性是指无线信道的多径通道受空间因素影响，在不同的区域内和不同的时间节点下，其具有不可复制属性。
基于上述特征实现对密匙的提取，赋予安全加密保护不同的属性，适用于不同的环境下。通过信道特征提取的方式提取密匙，信道特征参数包括状态、相对时延、角度和强度等内容，密匙的具体提取过程分为四步，分别为弹层、量化、协商、增强。探测是指在TDD的通信环境之下，在相干的时间内发送相应的特征信号，对信号的具体特征进行预估，最终
提取信道特征的观测值，以数据的形式进行展现。量化过程是指在制定好合理的量化方案之中，将探测的信道特征数值转化成为密匙比特。协商的过程是指密匙信道特征受环境因素影响，为减少影响因素和进行密匙比特校验的过程，使其具有一致性。增强是密匙提取的最后阶段，在协商的过程中应用增强技术消除Eve获取信息的渠道，使得密匙信息不会因此出现泄露，实现加密安全保护的作用。
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