基于空时波束特征的毫米波无线网络物理层识别

随着毫米波无线通信被视为下一代高速率无线网络的关键使能技术，安全性变得至关重要。虽然无线网络中的传统安全措施在协议栈的更高层运行，但物理层安全利用依赖于设备的独特硬件特征来识别和认证合法设备。在本工作中，我们发现毫米波设备中使用的天线阵列的制造公差导致每个设备具有独特的波束模式，为此我们提出了一种基于毫米波设备使用的独特波束模式的新型设备指纹识别方案。具体而言，我们提出了一种多接入点指纹识别方案，以利用波束模式丰富的空时信息。我们使用商用现成毫米波设备进行了全面实验，以验证我们提出的方法在各种场景下的可靠性性能。我们还将我们的波束模式特征与传统的物理层特征即功率谱密度特征进行了比较。为此，我们实现了基于 PSD 特征的毫米波设备指纹识别。我们表明，所提出的多 AP 方案在静止视距和非视距场景下能够实现超过 99% 的识别准确率，并显著优于基于 PSD 的方法。对于移动场景，总体识别准确率为 96%。此外，我们通过研究执行冒充攻击的可行性，对我们提出的波束模式指纹识别系统和 PSD 指纹识别系统进行了安全分析。我们使用最先进的 60 GHz 软件无线电设计并实现了针对毫米波无线网络的冒充攻击机制。我们讨论了我们的发现及其对毫米波无线网络安全的影响。