特定輻射源指紋識別的無線信息安全新理論

（國防科技大學電子科學學院 福建 410073）

1 引言

隨著我國信息化進程的不斷加速，信息化與工業化深度融合，云計算、物聯網、移動互聯網等新技術、新模式和新應用的出現，信息安全已經成為影響國民經濟和人民日常生活的核心因素，信息安全保障需求日益增加，信息安全產業直接擔負著為國家信息化基礎設施和信息系統安全保障提供信息安全產品及服務的戰略任務。早在2012年頒布的《信息安全產業“十二五”發展規劃》中就明確指出，我國信息安全整體相對弱小，關鍵產品和服務依賴進口，核心技術積累不足，亟須加快發展。

特定輻射源指紋識別技術指利用無線通信設備輻射的電磁信號中所蘊含的“指紋”特性來進行個體身份識別的技術[3]。它所依據的是“沒有兩片相同的樹葉”及對電磁輻射源識別要細化到個體的需求，達到獨一無二的識別。基于特定輻射源識別技術有望顛覆現有的基于密鑰、數字證書等的無線信息安全機制，徹底解決信息安全領域面臨的巨大威脅，在交通、金融、安保等領域具有極其廣闊的市場前景。

本文對基于特定輻射源指紋識別技術在無線信息安全領域的應用進行了全面闡述，對潛在的應用方式、核心關鍵技術進行深入分析，并基于無線網卡數據對思路的可行性進行初步實驗，對于推動無線信息安全體制變革具有指導意義。

2 特定輻射源指紋識別概念

特定輻射源識別（SEI）技術在國外研究較早，并且已經投入實際應用[4]。根據報道，20 世紀60 年代中期，美國政府就提出了識別以及跟蹤特定移動發射機的應用需求，并與諾格（Northrop Grumman）公司合作，研發了一種能夠實時識別和跟蹤特定輻射源的方法，該公司在此背景下首先研發了一套處理系統，并成功地將其應用于各種射頻通信設備的指紋識別。

經過多年發展，國外特別是西方技術強國，如美國等國家，在特定輻射源指紋識別技術上取得了很大進步，研制了很多系統，并且在軍事領域進行了大量應用。除美國外，英國的QinetiQ 公司和加拿大的國防研究發展局都已開發出特定輻射源指紋識別系統。

在民用領域，特定輻射源指紋識別技術已經被應用于增強無線網絡安全，如在蜂窩網絡中阻止未授權的接入。隨著移動電話業務的發展，指紋識別技術也被國際海事通信衛星系統所采用，用以確認用戶終端。

所謂特定輻射源指紋識別，指的是利用不同無線設備個體由于設備之間差異性進行指紋識別的技術。

3 核心關鍵技術

新的無線信息安全機制需要攻克的核心關鍵技術包括

（1）無線設備個體特征智能測量與分析技術

重點開展以無線網卡為代表的輻射源指紋提取技術的研究，提取穩定、有效的輻射源指紋特征，用以唯一標識不同的個體。特別是基于無線通信設備信號采集數據驅動的無線設備個體特征智能化提取新方法，從而建立對無線通信設備信號的全新認知，辨識非法目標。

（2）非法無線目標智能識別系統構建技術

重點加強特定輻射源分類識別技術的研究，設計高效、穩健的智能分類識別系統，用以準確、自動識別不同的無線通信個體。

4 初步應用設想

（1）基于封閉式的應用解決方案。

封閉式應用是針對相對獨立、用戶數量和用戶身份相對固定的安全認證場景，如某一單位的人員身份認證，無線局域網絡的合法用戶身份認證等。

（2）基于開方式的應用解決方案。

開放式應用是針對相對開放、用戶數量和用戶身份經常性變化的安全認證場景，如在銀行卡身份認證中的跨行、跨區域、跨代（要保證以前的卡也能用）的銀行卡身份認證情況。

5 仿真實驗結果與分析

圖1 信號采集系統

本小節主要通過一個實驗論證本文提出新的信息安全機制的有效性。本文設計了一個信號接收與采集子系統，如下圖所示。它主要由1 條接收天線、1 臺數字接收機、1 臺示波器和1 臺計算機組成。它的主要的工作過程是通過接收天線接收數字接收機事先設置的頻段的無線設備信號，將數字接收機接收到的信號顯示在示波器上，然后利用示波器對信號進行采集，最后將采集到的數據保存到計算機上。

基于文獻[5]提出的特征對不同的手機進行指紋特征測量與分析，實驗結果如下圖所示。從圖中可以看出，不同的諾基亞手機可以基于其發射的無線信號直接進行分辨。

圖2 特征結果

6 結束語

本文重點探討了特定輻射源指紋識別技術在無線信息安全領域的應用新方式，重點提出了全新的無線信息安全新機制，通過建立基于特定輻射源指紋識別的無線信息安全技術標準，形成基于特定輻射源指紋識別的無線信息安全技術產品與服務的商業模式，推動新的基于特定輻射源指紋識別的終端產品以及安全認證服務，可廣泛應用于公共安全領域，具有廣闊的市場應用前景。