1.7 THz通信的安全

THz频谱的低覆盖区域和低穿透功率使其本质上更加安全，结合扩频和跳频等技术可以使信道更安全，更能抵御如干扰和窃听等相关攻击。但是THz通信易受到堵塞、表面反射和设备的小规模移动的影响，给信道安全带来不利影响。

即使在THz短距离通信链路中，系统都需要关于用户位置和设备方向、移动模式、交通模式、周围环境和堵塞的详细信息。这些信息可能过于敏感，用户无法通过无线系统共享，从而导致多重隐私风险。表1.4总结了与THz的安全性和隐私性相关的优势和挑战，其中，“+”代表有利作用，“-”代表不利作用。

表1.4 与THz的安全性和隐私性相关的优势和挑战

1.7.1 安全优势

（1）安全筛查和监控系统。THz辐射可以穿过纸张、塑料和布料，但不能穿透大多数极性分子，如水和碳氢化合物，这使得它成为一种有效的安全筛查应用。频率范围为0.5～2 THz、0.5～6 THz的THz频段可用于检测多种类型的火药和滥用药物。此外，THz波段可用于远程检测和监测有毒气体，用于灾难预警管理。在民用和军用安全应用中，使用THz频谱的最大优势之一是其非电离辐射，与X光相比，对人类的伤害相对较小，在筛查和监视应用中安全且可扩展。

（2）防干扰。THz频谱具有较大的带宽，允许器件在较宽的频率范围内跳频，这里有较低射频频段的限制。大量的跳频子信道降低了他人检测到跳频序列的概率，同时保持了系统的高吞吐量。此外，THz设备需要窄天线波束，这是抗干扰的额外优势。因为狭窄的天线波束降低了主瓣干扰的可能性。另外，对手需要跟踪波束来干扰特定的信号以将波束完全对准。天线波束形成为THz频谱在空间上提供了一个额外的维度，为传输信号提供了多种可能性，增强了抗干扰性能。因此，利用THz频段可以实现抗干扰，保持超高吞吐量。

（3）窃听和秘密通信。THz频谱的短覆盖范围、高天线方向性和对大气湍流的敏感性使其本质上不受窃听影响。THz频谱可以通过通信隐蔽来保护关键任务和时间敏感应用的通信，而不需要高度加密。由于THz信号具有高度方向性和短距离特征，通信范围通常在几米之内，因此可以确保安全通信。远程监听攻击者很难发现THz信号，因为大气衰减会降低信号强度。与较高的频段相比，较低的THz频段不会遭受严重的散射，因此较低的THz频段更不易被窃听。THz信道分散时，信号将被大气吸收，但仍然可以保持保密。对于远程、广播和特殊类型的通信，限制通信的地理区域和使用中继会使窃听困难。因此可以使用THz频谱进行轻量级隐蔽通信，保持超高吞吐量。

1.7.2 安全隐患

（1）环境不确定性。THz信号可以穿透特定的物体，如纸板、玻璃和塑料。因此如果传播路径中存在其他物体，信号可能会受到其他物体影响造成阻塞。攻击者还可以通过使用对工作频率窗口敏感的气体粒子或分子来干扰信号，从而对接收器造成干扰。攻击者可以通过调整这种物理干扰来引起信号散射，即信号在通过介质后可能偏离它们的轨迹而到达非预期路径，从而有助于信号窃听。通过使用特定类型的物体或障碍物，信号可以直接反射到攻击者处。对可能使系统暴露于漏洞的信道不确定性因素要进行有效管理，从而确保THz通信更安全。

（2）密集化与系统故障。由于THz波的覆盖面积较低，为了实现可靠通信，需要将THz设备进行密集化部署。密集部署中，恶意行为者可以利用安全措施最弱的设备来访问THz网络，攻击者也可以用广播信号迅速淹没给定的区域，导致攻击分布式拒绝服务。这些密集的网络将产生大量敏感信息，需要对这些信息进行过滤、匿名化和隐私风险管理。管理大量数据需要存储空间、计算能力和能量，由于需要记录密集设备的访问信息，管理将变得困难。这种安全和隐私风险将导致设备故障和系统故障。因此高密度部署THz设备将存在一定的安全隐患。

（3）频谱接入和管理。THz频谱的部分用户对干扰的容忍度低，需要保护此类用户免受干扰。其次，THz用于遥感、监视、执法和紧急应用时，也需要干扰保护。此外，一些敏感应用的干扰程度受到活跃用户周围环境的影响，例如，位置、天线方向性、周围障碍物及对空气中湿度、温度和微粒的环境感知都会形成干扰。因此，THz系统可能需要基于传感的动态频谱接入策略。该策略可以访问设备活动，监控设备周围环境。单独的THz频段不能够支撑日益增长的系统需求，需要与现有传统网络和较低频谱带结合。攻击者利用THz网络弱点，在执行网络切换时，可能获得对这些传统网络的未授权访问，这可能会导致显著的延迟和系统服务质量下降。