基于环境背射设备的物理层挑战-响应身份验证
密码学与安全
2025-06-24 v1
摘要
环境背射通信 (AmBC) 由于其能量收集能力和超低功耗消耗，已成为普适化物联网 (IoT) 应用中不可或缺的组成部分。然而，开放的无线环境将 AmBC 系统暴露于各种攻击之下，现有的身份验证方法无法在因计算需求高而受限于资源的背射设备 (BD) 之间实现。为此，本文提出了 PLCRA-BD，即一种在 AmBC 中 BD 之间进行的 novel 物理层挑战-响应身份验证方案，克服了 BD 的局限性，支持高速移动，并在免疫伪造和无线攻击方面表现出色。它构建嵌入式密钥作为物理层指纹，用于轻量级识别，设计了集成 BD 背射波形与接收器功能的联合收发机，以利用 OFDM 符号中重复模式来减轻来自环境 RF 信号的干扰。基于此，引入挑战-响应身份验证程序，利用信道相干性实现两对 BD 之间低复杂度指纹交换，并通过随机数和不可预测的信道衰落来保护交换过程。此外，我们针对高速移动场景优化了身份验证程序，在信道相干时间内完成交换，以最小化动态信道波动的影响。安全分析确认其对免疫伪造、窃听、重放和仿冒攻击的抗性。大量仿真结果验证了其在受限资源的 BD 中的有效性，展示了在多样化信道条件下具有高身份验证准确率，对多种无线攻击具有鲁棒性，并且相对于传统身份验证方案具有更高的效率。
引用
@article{arxiv.2506.18767,
title = {Physical Layer Challenge-Response Authentication between Ambient Backscatter Devices},
author = {Yifan Zhang and Yongchao Dang and Masoud Kaveh and Zheng Yan and Riku Jäntti and Zhu Han},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.18767},
year = {2025}
}