摘要：D2D是一種很有前途的5G網絡模式，它提供有益的基礎設施，允許不同的應用，例如社會應用、廣告服務或那些支持異構對象相互連接的應用，以及那些在發(fā)生自然災害時提供支持的應用。與傳統(tǒng)的網絡通信相比，D2D技術實現(xiàn)的通信顯示出較低的安全程度。有必要修改現(xiàn)有的安全機制和新的解決方案，以適應D2D在第五代網絡中的應用，這將提高真實性驗證、確保服務可用性和保持完整性方面的安全水平。

　　關鍵詞：5G網絡；D2D技術；通信安全

　　0引言

　　對更快的數(shù)據(jù)傳輸速度、最小延遲、覆蓋范圍和更高的可靠性的需求日益增長，要求人們尋找旨在整合2G、3G、4G和其他接入技術的解決方案，事實上，5G網絡使這些技術成為可能。D2D通信已被提議作為一種利用通信設備物理接近性的工具，并與5G網絡的其他技術一起成為人們生活進程中新思想的試驗場。D2D中的設備之間的通信可以通過直接互連和數(shù)據(jù)共享而無需間接連接到基站，也可以通過用戶設備充當中繼。物聯(lián)網是5G網絡的一個概念，它應該提供不同對象之間的連接和交互，從而使我們的城市、房屋、交通工具變得智能和互聯(lián)，D2D技術對此有很大的貢獻[1]。D2D功能支持高波特率并減少設備之間的延遲，使其在滿足5G網絡部署標準方面特別重要。在基于云的移動計算機技術中，它允許在空間上彼此接近的用戶更有效地共享或共享資源。

　　1D2D技術在5G網絡中的應用

　　與基于傳統(tǒng)基礎設施的其他通信相比，D2D通信的主要特點是基站參與通信的程度有限，或者完全沒有中心部件，如AccessPoint或BaseStation，在這些部件中，只要一對設備之間的距離接近，它們之間的數(shù)據(jù)就不應該通過網絡的核心。目前在市場上，WiFi和藍牙等技術提供了一些D2D通信功能。然而，它們的工作范圍是非授權的，而且干擾是不受控制的。此外，直到目前為止，他們還不能提供適用于蜂窩網絡的安全性或服務質量。D2D允許物理近端設備和數(shù)據(jù)交換服務之間的直接通信，其應用范圍已經擴大，預計未來幾年將有數(shù)十億臺設備進行通信[2]。

　　5G網絡包括一個異構網絡的實現(xiàn)，通過使用不同的無線接入技術，多重回程技術和站層次結構宏觀、微觀和飛秒小區(qū)，為大量用戶服務的BS上的大型天線陣列，次級用戶“機會性地”使用主用戶頻譜的認知無線電網絡(CRN)，毫米波頻譜和D2D通信。為了實現(xiàn)短距離的D2D連接，使用了5G網絡的毫米波頻譜，而CRN的二級用戶也可以使用D2D通信，以避免一級用戶的中斷。在提高頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速度方面，D2D通信增加了已啟用的BS的HetNets和大規(guī)模MIMO。此外，內置在用戶設備中的MIMO天線通過使用各種方法和多路復用增益來增強抗噪聲和系統(tǒng)容量。D2D通信的一個新趨勢是引入傳感器和基于傳感器的系統(tǒng)，而5G可能通過引入機器人、執(zhí)行器和無人機來擴大物聯(lián)網的可能性分配協(xié)調和可靠的性能與小延遲。

　　D2D網絡可用于在物聯(lián)網中建立M2M通信，因為它們能夠實時響應并提供超低延遲。一般來說，蜂窩通信的問題在于它需要巨大的能量消耗。由于無線電源的高效利用和具有擁有屬性的小能量消耗，通過引入D2D通信實現(xiàn)物聯(lián)網在智能城市中的應用是可能的。這個功能5G網絡的應用，亦會在車內及由車內傳送至行人。

　　在本地服務中，用戶數(shù)據(jù)直接在終端之間傳輸，不包括網絡方面，例如基于鄰近服務的社交媒體應用程序。社會化應用提供了基本的D2D應用，用戶在尋找訪問和通信功能的基礎上可以找到對方，使用社會化應用和交換數(shù)據(jù)。經營者的新收入來源可以通過當?shù)財?shù)據(jù)傳輸(例如廣告服務)來確保，商場可以向進入商場或在商場周圍走動的人發(fā)送廣告、折扣和促銷信息，而附近的電影院可以轉發(fā)有關其電影放映的信息。高清視頻記錄等服務為基礎網絡和頻譜資源設定了很高的目標，通過這些服務，D2D可以幫助緩解蜂窩網絡的流量和降低蜂窩網絡的傳輸壓力。在熱點地區(qū)，運營商或服務提供商可以建立存儲流行媒體服務的媒體提供商。這些媒體提供商以D2D的方式提供媒體服務。用戶可以使用D2D從附近接收媒體服務的用戶終端獲取媒體內容。

　　D2D通信在自然災害中可能起著至關重要的作用。在地震或颶風的情況下，通信網絡基礎設施可能被破壞，網絡甚至可能崩潰。通過D2D功能，可以建立緊急通信網絡來替代受損的通信網絡和互聯(lián)網基礎設施。通過一個或多個跳線的D2D，用戶可以通過覆蓋區(qū)域內的用戶終端連接到死角用戶，然后連接到無線網絡。

　　物聯(lián)網代表了具有各種連接和計算可能性的異構對象與各種類型的交互的集成，包括機器、機器和人之間的通信。基于物聯(lián)網D2D改進的典型應用是互聯(lián)網上的車對車通信(V2V)。如車輛以高速行駛，在駛入行車線或減速前，車輛可能會被警告附近有其他車輛存在。根據(jù)收到的警告，附近的車輛向司機發(fā)出警告，甚至在特殊情況下自動控制駕駛，以便司機能夠更快地作出反應，減少交通事故的數(shù)量。此外，通過D2D獲得的信息，車輛可以可靠地探測和識別附近的某些車輛，例如那些可能在交叉路口構成危險的車輛或需要特別注意的車輛(例如校車和運送危險貨物的車輛)。

　　D2D還可能有助于解決新的無線通信方案中的問題。在內部定位中，終端在封閉空間中無法接收到衛(wèi)星信號。在這種情況下，傳統(tǒng)的衛(wèi)星定位不起作用。然而，在基于D2D的內部定位中，較早設置的具有給定位置信息的終端或具有給定位置的一般外部終端可以確定需要定位的終端的位置，并以較低的成本支持5G網絡的內部定位。

　　2D2D技術的安全性分析

　　盡管D2D技術具有先進的功能和推行了第5G移動網絡，但它仍然面臨著許多技術挑戰(zhàn)和問題，涉及設備檢測、充電控制、方法選擇、資源管理和中斷、移動性、干擾以及與安全和私隱有關的問題[3]。本文通過對5G網絡D2D通信的安全威脅及其潛在的安全解決方案的介紹，詳細闡述了5G網絡D2D通信的安全相關問題。為了保證D2D網絡的安全性，需要滿足完整性、可用性、可靠性、匿名性、非連通性、安全定向和傳輸、保密性和認證等功能和要求。

　　2.1D2D技術安全威脅

　　由于用戶對高速數(shù)據(jù)傳輸、低延遲和較長網絡覆蓋范圍的要求，引入了5G技術，包括多個入口點、多個出口點和設備之間的通信，在提供較長覆蓋范圍方面，網絡正由新的無線元件如中繼器、智能和小型接入點和熱點引入。

　　在用戶設備不在基站范圍內的情況下，通過設備間中繼的消息傳輸實現(xiàn)與基站的通信。中繼通信的優(yōu)點反映在擴大蜂窩網絡的覆蓋范圍和提高服務質量上，而另一方面，它在防止未經授權的訪問和故意或意外的未經授權的修改方面具有敏感性。

　　實現(xiàn)D2D之間的信息通信分為三個階段:設備檢測、建立連接和通過設備間的直接連接進行數(shù)據(jù)傳輸。在檢測階段，設備找到彼此并建立直接連接，然后是數(shù)據(jù)傳輸階段。由于在建立連接的階段，沒有驗證設備身份的真實性程序，攻擊者可能會發(fā)動攻擊，本文將進一步說明這一點。

　　隨著5G網絡D2D通信中的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)設備傳輸，潛在安全漏洞(如數(shù)據(jù)黑客)的新可能性增加，這意味著侵犯隱私和保密性。攻擊可以根據(jù)訪問控制、可訪問性、真實性、保密性和完整性進行分類。表1給出了D2D的詳細安全威脅問題。

　　2.2D2D技術安全機制

　　為了確保D2D技術的安全需求，防止上述安全威脅，有必要改進現(xiàn)有的安全機制，并思考新的解決方案，以適應D2D技術在第五代網絡中的應用。安全機制必須有效率和靈活性，以便能夠適應各種安全威脅。上述安全挑戰(zhàn)表明，在認證、保密、可用性和完整性過程中，需要建立一個具有高度安全性的D2D通信模型。

　　采用對稱密鑰加密和公鑰加密相結合的加密技術可以保護D2D蜂窩無線信道。對稱密鑰加密使用一個密鑰用戶之間共享的秘密密鑰，而公鑰加密涉及使用兩個不同的密鑰一個密鑰用于加密，即公鑰；另一個密鑰用于解密，即秘密密鑰。目前的加密解決方案需要基站或可信第三方的參與。

　　與早期版本的通信相比，當密鑰在雙方之間分配并通過基站或另一個TTT進行分發(fā)時，當D2D雙方在沒有網絡作為中介的情況下直接通信時，以安全的方式共享密鑰就更加困難。由于大量的移動設備，各種制造商和標準，很難在通信之前將隱藏的密鑰集成到設備中。

　　目前，在D2D通信和物理層中，D2D通信的安全性主要通過使用非對稱和非對稱密碼學算法如River-ShamirAdleman、Di?eHellman(DH)、橢圓曲線密碼學、橢圓曲線密碼學以及Di?eHellman(ECDH)和其他組合來保證[4]。

　　使用動態(tài)頻譜訪問(DSA)技術是為了提高效率，并且可以在D2D通信的各種情況下實現(xiàn)。通過合作，能源消耗控制和通道接入對于D2D通信的安全性也很重要。最佳的能源消耗和D2D鏈路通道的訪問將有助于增加移動服務的用戶數(shù)量和物理層安全。

　　3結語

　　D2D通信是一種新的無線技術，它的活動減少了網絡負載，是一種新的社交網絡工具，因為它允許設備直接通信，而不需要與網絡基礎設施建立間接聯(lián)系。當涉及到5G網絡中D2D通信的實現(xiàn)時，我們討論的是本地服務、自然災害情況下的實現(xiàn)以及對異構對象之間相互連接的支持。其中一種方案是在自然災害或犯罪活動中通過與警察建立直接聯(lián)系等方式定位受害者。本文分析了D2D通信的安全相關問題，并提供了改進的解決方案。D2D通信是具有低延遲、高傳輸速度、覆蓋率和降低能耗等優(yōu)點，已經成為5G網絡中實現(xiàn)應用和特點的關鍵技術之一，具有較高的應用價值。

　　參考文獻

　　[1]李錦慧.計算機網絡信息通信安全防范措施[J].計算機與網絡,2021,47(12):56.

　　[2]周艷.基于網絡信息安全技術管理的計算機應用探討[J].產業(yè)科技創(chuàng)新,2020,2(21):36-37.

　　[3]HausM,WaqasM,DingAY,etal.Securityandprivacyindevice-to-device(D2D)communication:Areview[J].IEEECommunicationsSurveys&Tutorials,2017,19(02):1054-1079.