无线通信网络的广播特性使其传输信息安全面临更大的挑战。以现代密码学理论为基础的传统保密通信机制依赖于对传输信息的加密和封装,难以满足动态无线网络中能量受限和计算能力受限的无线通信节点同时对高安全性和低复杂度加密算法的要求。物理层安全不同于传统加密通信机制,其利用无线信道自身的物理特性为信息传输提供安全保障,被认为是无线通信领域中一种有广阔应用前景的信息安全解决方案。物理层安全主要包括物理层安全容量分析和物理层密钥生成技术。本文针对这两大分支进行了深入研究。针对异构无线网络环境下无线节点自私性对无线信号传输安全速率的影响,研究了源目的节点之间的通信信息传输,通过协作中继节点协同中继,进行虚拟波束成形指向目的节点以实现物理层安全通信。首先,将源节点与参与协作中继节点之间的功率分配关系建模为Stackelberg博弈,源节点通过对中继节点参与协作所需的功率进行补偿,以鼓励中继节点积极参与协作。接着将参与协作节点之间的竞争关系构建为非合作博弈,以促进各个中继节点在参与协作时对所消耗的功率进行合理地动态定价。在源目的节点间通信保密速率一定的情况下,上述博弈模型关于源节点功率分配和协作中继节点功率价格之间均衡点存在且唯一。仿真结果表明,源节点的功率动态分配和中继节点的功率动态定价均具有良好的收敛性。针对基于无线信道幅度特征的物理层密钥生成方案适应性差的问题,在现有方案基础上,提出了无线信道幅度特性等概率量化生成密钥方法。该方法基于无线窃听信道系统模型,通过合法双方互发信道探测信号,分析无线信道特征,提取信道幅度特性,并基于该特性采用等概率量化方法生成密钥随机参数,以提高动态通信环境下量化门限适应性。实验结果表明,与等间隔量化相比,该方案可保证生成密钥随机参数的随机性,能够有效提高信道特性量化的一致性和安全性。针对无线信道幅度特性等概率量化生成密钥方法在信道特性变化不大的通信环境中生成密钥速率低的问题,进一步研究了基于无线信道幅度相位联合特征的密钥提取方法,并进行了性能测试。实验结果表明,该方案可显著提高密钥随机参数生成速率,同时可使合法双方随机参数匹配率保持在0.88以上,而窃听方所窃取的密钥随机参数与合法方的误比特率趋近于0.5。此外,基于无线信道幅度相位联合特征生成密钥方案,对传输信息进行加密测试,并分析了其安全性。测试结果表明利用密钥对传输信息进行加密能提高传输信息的安全性。物理层密钥生成技术利用无线信道唯一性和互易性为实现理想保密通信提供了一种可行思路,但现阶段的物理层密钥生成技术难以满足“一次一密”理想通信的密钥更新速率。为此,可借助物理层安全容量分析在物理层信息传输绝对安全的特点来辅助传输随机密钥,以弥补物理层密钥生成技术中密钥更新速率不高的缺陷。