專利名稱：一種通信設(shè)備身份識別方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及通信網(wǎng)絡(luò)中接入設(shè)備身份識別問題，即一種通信設(shè)備身份識別方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界信息技術(shù)迅猛發(fā)展，人類社會正進入一個信息社會，社會經(jīng)濟的發(fā)展對信息資源、信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)的依賴程度越來越大。通信網(wǎng)絡(luò)中的信息安全問題日益引起人們的重視。在危害通信安全的各種攻擊手段中，入侵系統(tǒng)攻擊的危害最大，這類攻擊不僅竊取機密材料，而且隨時都可能令受害系統(tǒng)陷入崩潰。抵御入侵攻擊的傳統(tǒng)安全措施都是在數(shù)據(jù)鏈路層以及其上層實現(xiàn)的，其核心是利用密碼系統(tǒng)對接入者的身份進行驗證。針對這種安全措施的攻擊方式主要可分為密碼攻擊和漏洞攻擊。密碼攻擊是攻擊最常用的方法，入侵者通過系統(tǒng)常用服務(wù)或?qū)W(wǎng)絡(luò)通信進行監(jiān)聽來搜集賬號，找到主機上的有效賬號后，就采用字典窮舉法進行攻擊，或者通過各種方法獲取password文件，然后用口令猜測程序破譯用戶賬號和密碼。漏洞攻擊是利用系統(tǒng)管理策略或者認(rèn)證系統(tǒng)的設(shè)計漏洞，獲得比合法權(quán)限更高的操作權(quán)。雖然使用復(fù)雜密碼和系統(tǒng)升級可在一定程度上抵御入侵攻擊，但是這些措施并不能從根本上解決入侵攻擊的威脅。
從通信網(wǎng)絡(luò)的連接方式來看，通信網(wǎng)絡(luò)又可以分為無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)兩類。無線網(wǎng)絡(luò)的安全措施基本上是從有線網(wǎng)絡(luò)上移植過來的，并沒有考慮無線網(wǎng)絡(luò)自身的某些特點。無線網(wǎng)絡(luò)由于其接入設(shè)備的開放性，使得無線網(wǎng)絡(luò)的入侵攻擊比有線網(wǎng)絡(luò)更加隱蔽和危險，但是，目前還沒有有效的安全措施能夠完善的解決這個問題。究其原因，目前大多數(shù)認(rèn)證體系研究仍然局限在數(shù)據(jù)鏈路層及其上層，如果將安全措施引入到接入設(shè)備的物理層，就可以在從根本上抵御目前通信網(wǎng)絡(luò)接入部分的各種攻擊手段。
由于物理層完全由硬件實現(xiàn)，一方面避免了密碼被破譯的隱患，另一方面從而消除了軟件系統(tǒng)的漏洞，同時具有極高的隱蔽性，不易被攻擊方發(fā)現(xiàn)。但是，網(wǎng)絡(luò)物理層不存在數(shù)據(jù)流，因此現(xiàn)有的數(shù)字化認(rèn)證體系都是不適用的，需要一套適用于物理層的安全措施系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通信設(shè)備身份識別方法及其系統(tǒng)，以彌補傳統(tǒng)身份認(rèn)證技術(shù)容易受到密碼攻擊和漏洞攻擊的缺陷，本發(fā)明具有隱蔽性高、穩(wěn)定性好和管理安全的特點。
本發(fā)明提供的一種通信設(shè)備身份識別方法，包括以下步驟(1)發(fā)送端產(chǎn)生信號水印，用于標(biāo)識通信設(shè)備身份；(2)發(fā)送端將上述信號水印嵌入到正常通信信號中，并發(fā)送含有信號水印的通信信號給接收端；(3)接收端接收上述含有信號水印的通信信號后，從上述通信信號中分離出信號水印；(4)接收端將信號水印解釋并翻譯為發(fā)送端的身份信息；(5)接收端將信號水印承載的身份信息轉(zhuǎn)換為發(fā)送端的通信設(shè)備標(biāo)識。作為本發(fā)明的改進，其步驟為(1.1)發(fā)送端利用一種頻率可控的正弦信號發(fā)生器，根據(jù)發(fā)送端的身份標(biāo)識確定正弦信號的頻率，其計算公式如下fi＝f+Δf＝f+h(i)其中，f為基準(zhǔn)頻率，i為設(shè)備標(biāo)識，h(i)為從設(shè)備標(biāo)識i到頻率偏移Δf的映射函數(shù)，且fmin＞0Hz，fmax≤300Hz，fmin為fi的最小值，fmax為fi的最大值；(1.2)正弦信號發(fā)生器根據(jù)指定的頻率產(chǎn)生正弦信號作為信號水印，并根據(jù)該正弦信號的幅度選擇能量門限G，作為信號水印是否存在的檢測依據(jù)；步驟(2)利用信號合成器將正常通信信號與信號水印直接疊加；
步驟(3)中水印提取步驟為(3.1)對接收到的模擬信號進行采樣，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；(3.2)將采樣數(shù)據(jù)按時間分段；(3.3)對每一段數(shù)據(jù)進行快速傅立葉變換處理，提取fmin-fmax區(qū)域內(nèi)的功率譜；(4.1)檢測fmin-fmax頻段中的功率譜最大值；(4.2)判斷該譜值是否大于預(yù)先設(shè)定的能量門限G若該譜值小于能量門限，則可以斷定信號水印不存在；若該譜值大于能量門限G，則選擇該譜值所對應(yīng)的頻率值fi；(4.3)利用公式h(i)＝fi-f，計算發(fā)送端通信設(shè)備的身份信息h(i)；步驟(5)通過身份信息數(shù)據(jù)庫中存儲的h(i)與i之間的對應(yīng)關(guān)系，查詢出發(fā)送端通信設(shè)備的身份標(biāo)識。
實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括用于生成的信號水印的發(fā)送端和識別設(shè)備身份的接收端；在發(fā)送端，信號水印生成模塊用于生成信號水印，并將生成的信號水印發(fā)送給信號水印嵌入模塊；信號水印嵌入模塊用于將信號水印嵌入到正常通信信號中，通信信號通過調(diào)制模塊進行調(diào)制處理后發(fā)送到信道中；在接收端，解調(diào)模塊用于還原出原始通信信號，并利用信號水印提取模塊分離出信號水印，信號水印解譯模塊判斷信號水印是否存在，并輸出信號水印上承載的身份信息。
本發(fā)明打破傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)安全措施的思維定勢，將通信網(wǎng)絡(luò)安全措施深入到物理層，提出利用信號水印進行通信設(shè)備身份識別的方法，有效地對接入節(jié)點和服務(wù)器進行身份驗證，從而防止不法分子的非法入侵，保證正常數(shù)據(jù)通信的安全。本發(fā)明與現(xiàn)有的身份認(rèn)證技術(shù)相比，主要有如下三個特點1.隱蔽性高。傳統(tǒng)的身份認(rèn)證技術(shù)通?；诿艽a機制，通過數(shù)據(jù)分析可以輕易的發(fā)現(xiàn)認(rèn)證體系的存在。但信號水印技術(shù)主要通過硬件實現(xiàn)，非專用硬件不可能發(fā)現(xiàn)存在信號水印。即使采用特殊硬件對信號進行分析，如果不了解水印加入方式，也不可能發(fā)現(xiàn)信號水印的存在，更不可能對其進行偽造。
2.穩(wěn)定性好。傳統(tǒng)的身份認(rèn)證技術(shù)采用軟件實現(xiàn)，通常存在各種各樣的軟件漏洞，使得攻擊者可以繞過密碼體系對系統(tǒng)進行入侵。但是信號水印技術(shù)采用硬件實現(xiàn)，一般的攻擊者不可能達到這個層面，更不可能繞過這個身份認(rèn)證體系。
3.管理安全。信號水印認(rèn)證體系是一個硬件密鑰系統(tǒng)，即每個通信設(shè)備(用戶)和密鑰是綁定的，即只有攻擊者獲得設(shè)備硬件才能獲得密鑰，只要加強對硬件的管理就可以保證密鑰的安全。即使攻擊者獲得硬件設(shè)備，系統(tǒng)可以將其特征水印從數(shù)據(jù)庫中刪除，而不影響到其它用戶的正常通信。
本發(fā)明一方面可以用于維護通信網(wǎng)絡(luò)安全，防止不法人員利用竊取的密碼或系統(tǒng)漏洞非法入侵通信網(wǎng)絡(luò)；另一方面也可以用于無線電臺的身份標(biāo)識，加強對無線通信設(shè)備的監(jiān)控與管理。


圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖。
圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
如圖1所示，本發(fā)明方法的處理步驟為(1)發(fā)送端產(chǎn)生信號水印，用于標(biāo)識通信設(shè)備身份；信號水印是指在通信信號中人為加入的用于通信設(shè)備身份的標(biāo)識，具有如下幾個特征1)信號水印的載體是通信信號；2)信號水印是人為加入的；3)信號水印能夠?qū)νㄐ旁O(shè)備個體進行標(biāo)識；4)信號水印不會對正常通信信號構(gòu)成明顯的干擾。
從廣義上說，滿足以上條件的特定信號都可以稱為信號水印。因此，信號水印可以有多種不同的生成方式，下面列舉一種簡單的信號水印生成步驟1)發(fā)送端利用一種頻率可控的正弦信號發(fā)生器，根據(jù)發(fā)送端的身份標(biāo)識確定正弦信號的頻率，其計算公式如下fi＝f+Δf＝f+h(i)其中，f為基準(zhǔn)頻率，i為設(shè)備標(biāo)識，這里以10部設(shè)備為例，因此設(shè)i＝0，1，…9，但是在實際應(yīng)用中設(shè)備標(biāo)識也可以是其它形式的設(shè)備編號。h(i)是從設(shè)備標(biāo)識i到頻率偏移Δf的映射函數(shù)，即對于不同的設(shè)備標(biāo)識可以指定相應(yīng)的頻率偏移，這里令h(i)＝i，是一種最簡單的實現(xiàn)方法?；鶞?zhǔn)頻率f可以根據(jù)需要進行設(shè)定，但是必須保證信號水印的最大頻率fmax小于語音頻率的下限300Hz，最小頻率fmin大于0Hz。這里設(shè)f＝100Hz，因此fi的范圍是100Hz-109Hz。
2)正弦信號發(fā)生器根據(jù)指定的頻率產(chǎn)生正弦信號作為信號水印，并根據(jù)該信號幅度選擇適當(dāng)能量門限G，作為信號水印是否存在的檢測依據(jù)。例如設(shè)信號幅度為A，則該信號一個周期內(nèi)的能量為A2/2，于是可以定義G＝(A2/4)×α作為水印檢測門限，其中α表示通信鏈路中的能量增益系數(shù)；(2)發(fā)送端將上述信號水印嵌入到正常通信信號中，并發(fā)送含有信號水印的通信信號給接收端。
對于不同的傳輸內(nèi)容和調(diào)制方式，可以采用不同的水印嵌入方法。以傳輸語音的調(diào)頻方式為例，可以直接利用信號合成器將語音信號與信號水印直接疊加。由于語音信號的頻域范圍是300Hz-3400Hz，而信號水印是頻率fi(本實例為100Hz-109Hz)的正弦信號，二者在頻域上是分離的，因此信號水印不會影響語音信號的正常傳輸。
(3)接收端接收上述含有信號水印的通信信號后，分離信號水印和通信信號。
不同的水印嵌入方式，采用不同的水印提取方式。對于步驟(2)中提出的頻域嵌入方式，其水印提取步驟如下1)對接收到的模擬信號進行8KHz采樣，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；2)將采樣數(shù)據(jù)按時間分段，即將每秒鐘的8000個采樣數(shù)據(jù)作為一段；
3)對每一段數(shù)據(jù)進行快速傅立葉變換(FFT)處理，提取指定頻域(即fmin-fmax區(qū)域，本實例為100Hz-109Hz)處的功率譜。
通過上述步驟即可在頻域上分離出信號水印成分。
(4)接收端將信號水印解釋并翻譯為發(fā)送端的身份信息。
步驟(4)中的信號水印的解釋并翻譯過程與步驟(1)信號水印生成過程相對應(yīng)，對于步驟(1)中舉例的水印生成方式，其解譯步驟如下1)檢測指定頻域(本實例為100Hz-109Hz)中的功率譜最大值；2)判斷該譜值是否大于預(yù)先設(shè)定的能量門限G若該譜值小于門限值，則可以斷定信號水印不存在；若該譜值大于或等于門限值，則選擇該譜值所對應(yīng)的頻率值fi；3)根據(jù)公式h(i)＝fi-f計算發(fā)送端的通信設(shè)備身份信息h(i)。
(5)接收端將信號水印承載的身份信息映射轉(zhuǎn)換為發(fā)送端的通信設(shè)備標(biāo)識。在前面所列舉的實現(xiàn)方式中，采用的映射函數(shù)如下h(i)＝i因此可以直接得到發(fā)送端的通信設(shè)備標(biāo)識。但是，如果映射函數(shù)h(i)的形式比較復(fù)雜，就必須通過身份信息數(shù)據(jù)庫查詢到發(fā)送端的身份標(biāo)識。
本發(fā)明的核心思想是在正常通信信號中添加信號水印，從而對發(fā)送信號的通信設(shè)備進行標(biāo)識。其中，具體的信號水印可以采用多種形式，即可以是某種固定形式的信號，也可以是某種偽隨機信號，或者是其它任何形式的信號，只要能夠滿足步驟(1)中所定義的四個特點，就屬于信號水印的范疇。對于每一種信號水印，都有相應(yīng)的信號水印生成、嵌入、提取和解譯方法，從而使得信號水印的具體應(yīng)用方式具有極大的靈活性。因此，根據(jù)本發(fā)明所提供的方法，采用適當(dāng)?shù)男盘査⌒问?，能夠滿足各種具體通信環(huán)境的要求。
如圖2所示，實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)包括發(fā)送端1和接收端2兩個子系統(tǒng)，其中發(fā)送端1包括信號水印生成模塊3、信號水印嵌入模塊4和調(diào)制模塊5；接收端2包括解調(diào)模塊6、信號水印提取模塊7、信號水印解譯模塊8、身份信息數(shù)據(jù)庫9。通過發(fā)送端添加的信號水印，接收端可以識別發(fā)送端的具體身份，從而達到身份認(rèn)證的目的。
在發(fā)送端，信號水印生成模塊3用于生成信號水印，并將生成的信號水印發(fā)送給信號水印嵌入模塊4。信號水印嵌入模塊4用于將信號水印嵌入到正常通信信號中，從而產(chǎn)生攜帶信號水印的通信信號。通信信號通過調(diào)制模塊5進行調(diào)制處理后發(fā)送到信道中。在接收端，通過解調(diào)模塊6還原出原始通信信號，并利用信號水印提取模塊7分離出信號水印。信號水印解譯模塊8判斷信號水印是否存在，若信號水印不存在，則輸出一個預(yù)先定義的“空”信號；若信號水印存在，則輸出信號水印上承載的身份信息。身份信息數(shù)據(jù)庫根據(jù)信號水印解譯模塊8的輸出結(jié)果，查詢數(shù)據(jù)庫獲得發(fā)送端通信設(shè)備標(biāo)識。
上述發(fā)送端的調(diào)制模塊5和接收端的解調(diào)模塊6構(gòu)成傳輸系統(tǒng)。由于通信網(wǎng)絡(luò)可能存在多種傳播媒質(zhì)和調(diào)制方式，因此傳輸系統(tǒng)必須根據(jù)實際應(yīng)用情況而定。對于熟悉通信領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，完全可以根據(jù)具體通信環(huán)境確定傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成方式。由于傳輸系統(tǒng)只是作為中介環(huán)節(jié)，而且不同的傳輸系統(tǒng)不會影響整體系統(tǒng)的工作性能，因此無須限定傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成方式。
以上給出的是本發(fā)明在傳輸語音的調(diào)頻方式下的一種實現(xiàn)方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述原理采用其它多種方式實現(xiàn)本發(fā)明。實例中描述了信號水印的一種產(chǎn)生算法，針對不同的通信條件，具體采用信號水印算法會有所差別，但是本發(fā)明的流程仍然是一致的。
綜上所述，本發(fā)明是一種基于信號水印技術(shù)的通信設(shè)備身份識別方法，運用該方法構(gòu)成的系統(tǒng)獨立于具體的通信環(huán)境，可以根據(jù)各種通信領(lǐng)域的具體要求，采用不同的信號水印算法，從而擴大了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。根據(jù)本發(fā)明提出的方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)具體的通信環(huán)境，構(gòu)造適當(dāng)?shù)男盘査∷惴ǎ瑥亩鴮⒈景l(fā)明中的通信設(shè)備身份識別系統(tǒng)推廣到各種通信領(lǐng)域，因此本發(fā)明不限于任何具體的通信領(lǐng)域，而是符合這里所揭示的原理和特征的最寬范圍。
權(quán)利要求
1.一種通信設(shè)備身份識別方法，包括以下步驟(1)發(fā)送端產(chǎn)生信號水印，用于標(biāo)識通信設(shè)備身份；(2)發(fā)送端將上述信號水印嵌入到正常通信信號中，并發(fā)送含有信號水印的通信信號給接收端；(3)接收端接收上述含有信號水印的通信信號后，從上述通信信號中分離出信號水印；(4)接收端將信號水印解釋并翻譯為發(fā)送端的身份信息；(5)接收端將信號水印承載的身份信息轉(zhuǎn)換為發(fā)送端的通信設(shè)備標(biāo)識。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)為(1.1)發(fā)送端利用一種頻率可控的正弦信號發(fā)生器，根據(jù)發(fā)送端的身份標(biāo)識確定正弦信號的頻率，其計算公式如下fi＝f+Δf＝f+h(i)其中，f為基準(zhǔn)頻率，i為設(shè)備標(biāo)識，h(i)為從設(shè)備標(biāo)識i到頻率偏移Δf的映射函數(shù)，且fmin＞0Hz，fmax≤300Hz，fmin為fi的最小值，fmax為fi的最大值；(1.2)正弦信號發(fā)生器根據(jù)指定的頻率產(chǎn)生正弦信號作為信號水印，并根據(jù)該正弦信號的幅度選擇能量門限G，作為信號水印是否存在的檢測依據(jù)；步驟(2)利用信號合成器將正常通信信號與信號水印直接疊加；步驟(3)為(3.1)對接收到的模擬信號進行采樣，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；(3.2)將采樣數(shù)據(jù)按時間分段；(3.3)對每一段數(shù)據(jù)進行快速傅立葉變換處理，提取fmin-fmax區(qū)域內(nèi)的功率譜；步驟(4)為(4.1)檢測fmin-fmax頻段中的功率譜最大值；(4.2)判斷該譜值是否大于預(yù)先設(shè)定的能量門限G若該譜值小于能量門限，則可以斷定信號水印不存在；若該譜值大于能量門限G，則選擇該譜值所對應(yīng)的頻率值fi；(4.3)利用公式h(i)＝fi-f，計算發(fā)送端通信設(shè)備的身份信息h(i)；步驟(5)通過身份信息數(shù)據(jù)庫中存儲的h(i)與i之間的對應(yīng)關(guān)系，查詢出發(fā)送端通信設(shè)備的身份標(biāo)識。
3.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述方法的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括用于生成的信號水印的發(fā)送端(1)和識別設(shè)備身份的接收端(2)；在發(fā)送端(1)，信號水印生成模塊(3)用于生成信號水印，并將生成的信號水印發(fā)送給信號水印嵌入模塊(4)；信號水印嵌入模塊(4)用于將信號水印嵌入到正常通信信號中，通信信號通過調(diào)制模塊(5)進行調(diào)制處理后發(fā)送到信道中；在接收端(2)，解調(diào)模塊(6)用于還原出原始通信信號，并利用信號水印提取模塊(7)分離出信號水印，信號水印解譯模塊(8)判斷信號水印是否存在，并輸出信號水印上承載的身份信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通信設(shè)備身份識別方法及其系統(tǒng)。其步驟為①發(fā)送端產(chǎn)生信號水印，用于標(biāo)識通信設(shè)備身份；②發(fā)送端將信號水印嵌入到正常通信信號中，并發(fā)送給接收端；③接收端接收信號后，從上述通信信號中分離出信號水?。虎芙邮斩藢⑿盘査〗忉尣⒎g為發(fā)送端的身份信息；⑤接收端將信號水印承載的身份信息轉(zhuǎn)換為發(fā)送端的通信設(shè)備標(biāo)識。該系統(tǒng)包括用于生成的信號水印的發(fā)送端和識別設(shè)備身份的接收端；發(fā)送端包括信號水印生成模塊、信號水印嵌入模塊和調(diào)制模塊；接收端包括解調(diào)模塊、信號水印提取模塊和信號水印解譯模塊。本發(fā)明可以對網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備以及其它無線通信設(shè)備進行管理，從而防止網(wǎng)絡(luò)的非法接入，保證網(wǎng)絡(luò)安全。
文檔編號H04L9/32GK1761187SQ20051001977
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者徐爭光, 黃本雄, 王芙蓉, 徐書華, 傅道俊 申請人:華中科技大學(xué)