无线内生安全概述
无线通信的发展带来了极大的便利，但其开放式传播特性也使其易受攻击，引发安全问题。当前无线通信安全主要依靠两种方法：一是直接移植传统有线通信方法，未考虑无线信号易被截获的问题；二是采用序列扩频/跳频等技术降低截获概率，但一旦信号体制被破解则失去作用。
无线内生安全需求
无线内生安全技术基于无线环境内生安全属性“各点异性”，构建高自由度的无线内生安全架构，对抗自然与人为的广义不确定扰动，提供抵御“未知威胁”的能力。该技术融合内生安全理论与传统无线通信信息安全与功能安全技术，为开发新的无线通信可靠性、安全性方法提供指导。
无线内生安全研究现状
无线内生安全的目标是保证无线通信中信息传输的安全与可靠，包括无线内生信息安全（利用无线信道的时变性、互易性、随机性、唯一性实现物理层安全传输、物理层密钥生成、物理层安全认证）和无线内生功能安全（利用无线信道差异性实现隐截通信、抗干扰、抗衰落）。
无线内生安全基础理论
- 内生安全的信息论诠释：网络空间内生安全问题源于目标对象自身存在的内生安全个性或共性问题与人为攻击的相互作用。内生安全机制期望通过系统的内源性构造属性使攻击者陷入认知困境，实现抵御未知安全威胁。
- 无线内生安全属性——各点异性：攻防双方由先天的自然结构或后天的人工构造带来的无线环境差异性。攻击者无法通过无线环境感知、地理位置信息获取等方式抵消信道差异，只能通过物理位置抵近、阵列等效自由度提升等物理手段来缩小信道差异。
- 无线内生安全构造：利用无线信道作为执行体，通过重构无线信道实现构造加密，获得各点异性的差异性信道环境。
- 实现完美安全的高自由度构造：无线内生安全的自由度指的是内生安全构造的物理空间的维度，包括时域、频域、码域、空域等独立感知与操控的维度。提高自由度是实现内生安全的关键，而利用高自由度实现高弹性和强韧性的通信系统则是内生安全的核心理念。
无线内生安全新技术
信息安全
- 抗截获：包括无线内生密钥生成技术和无线内生安全传输技术。信息超材料辅助的密钥生成技术通过随机相移提升信道熵或优化相移提升信道相关性，信息超材料辅助的安全传输技术利用信息超材料对波束的灵活操控性，构造出合法信道质量与窃听信道质量的差异构造私密信道。
- 认证：利用无线信道的随机性、时空不一致性和各点异性实现认证。物理层安全认证技术具有第三方无法重构的特点，安全性高，并且在认证复杂度及开销方面具有优势。
功能安全
- 隐蔽通信：利用合法信道与非法信道天然存在的空域差异，通过信息超材料精细化匹配多径信道，实现信号在私有空域资源上的传输。
- 抗干扰：利用无线信道的空域差异性，通过信息超材料的接收天线可重构特性，形成接收方向图零陷和主瓣分别对准干扰和信号，为收发双方通信建立最优通路。
- 抗衰落：通过提高观测的自由度来对不同多径进行差异化感知接收，最大程度地保真恢复获取多径信道，充分利用无线信道的内生安全属性，恢复系统的本征安全能力。
无线内生安全原型系统与原理验证
- 基于RIS的无线高速密钥生成与加密系统：通过外场测试验证了密钥生成技术带来的增益，以及面对各种窃听攻击时系统的安全性。
- 基于RIS的5G内生安全小基站认证系统：测试认证成功率可达100%，认证安全间隔优于10米。
- 基于RIS的信号隐写与安全传输系统：通过外场测试验证了其在信号层面实现信息隐蔽、安全传输的能力。
- 基于RIS天线的射频前端抗干扰系统：在同时同频同向干扰的环境中也能保证5G通信质量，直播视频可以流畅播放。
- 基于RIS的无线内生抗衰落通信系统：相较于一般反射面，能够将接收信号强度提升20dB左右，同时提升星座图质量与视频业务接收解调质量。
无线内生安全的应用展望
6G
- 超高吞吐量场景：利用无线内生安全理念，实现超高速数据加密、认证和信号安全传输。
- 超大规模连接场景：采用基于信道特征的密钥生成/分发方案，降低密钥分发管理开销，实现轻量级加密和认证。
- 极高可靠低时延场景：通过在无线链路侧物理层直接处理，且采用无外挂字段的加密或认证方式实现极高可靠低时延安全通信。
- 通信感知一体化网络：在物理层实现基于位置的安全，利用系统的感知功能获取窃听者的位置、CSI等信息，赋能物理层安全方案的设计。
- 空天地一体化网络：采用融合星地链路物理指纹的双向认证机制，有效降低认证时延和开销；采用基于多星随机源的密钥生成技术，增强用户链路和馈电链路安全性。
高弹性和强韧性军事无线通信
- 电磁频谱制胜背景下：高自由度的战场无线通信系统才能具备强自由度抵消强干扰阻塞/拒止攻击的强韧性能力，以及利用自由度重构内部与外部条件以恢复性能的高弹性能力。
- 复杂电磁环境：通过构造基于RIS的空时异构阵列，增大等效阵列孔径，增强空域分辨率和动态适应性，实现系统模拟计算前端能力的增强。
- 创新构建以“数控模拟计算”为核心的模数混合智能计算的新型无线系统体系架构：利用RIS天线提供的敏捷重构模拟计算能力减轻后端计算负荷，从而降低对高性能核心器件/芯片的依赖度。
