随着物联网设备不断增多,无线通信网络中承载了越来越多、越来越重要的信息。由于攻击者计算能力的增强,物联网场景对能耗的新要求等因素,基于计算安全的传统安全体系越来越难以适应未来无线通信网络的安全需求。利用信道指纹、射频指纹实现安全功能的物理层安全技术越来越受到研究者的重视。本文围绕射频指纹,探究了射频指纹的产生机理,提出了射频指纹识别方法,解决了开集设备识别问题,结合通用软件无线电外设对方法进行了验证,并利用射频指纹针对多用户场景下组密钥生成问题给出了解决方法。首先,本文研究了射频指纹的产生机理,详述了无线设备将基带信号发出过程中可能产生的失真,建立了射频指纹产生机理的数学模型。本文分析了无线通信的实际应用场景,考虑无线信道的基础上给出了包含射频指纹的信号传输模型。在模型基础上,结合射频指纹产生机理,对不同射频失真下的设备发出的信号进行了仿真。仿真结果显示,含有不同射频失真的设备发出的信号,在经过随机的信道后,仍然含有其独特的特征。从而说明基于射频指纹对无线通信设备进行辨识具有可行性。其次,针对射频指纹识别问题,本文提出了一种基于卷积神经网络框架的射频指纹智能识别方法,在基于原始时域数据、基于时频分析的两种样本处理方法的基础上,分别给出了针对闭集识别与开集识别问题的识别方法,并完成了基于通用软件无线电外设的实验验证。在不同的调制方法上进行了仿真实验,发现基于时频分析的样本处理方法准确率相比基于时域原始信号的方法高出约10%。在变调制识别中进行了测试,证明了两种识别方法都是有效的,但识别准确率下降约20%。在射频指纹识别方法理论分析的基础上,本文进一步利用通用无线电外设平台搭建了射频指纹识别仿真实验硬件平台。基于平台采集的不同设备的射频信号数据,对本文提出的识别算法进行了验证。结果表明,在本文的通用软件无线电外设的实际采集数据基础上,本文提出的无线设备射频指纹识别方法是有效的。开集设备的射频特征未知,为了识别开集设备,本文提出了基于多数投票与门限检测的开集设备识别方法。多数投票方法使得识别算法在损失一定计算资源的情况下,将识别精度提高了约5%。在实际数据集上验证后发现在损失一定已知设备准确率的情况下,可以提升未知设备的检测准确度。最后,本文针对多用户组播通信场景的数据安全共享,设计了基于异或自反性与射频指纹唯一性的组密钥生成方法。本方法首次将射频指纹识别加入密钥生成流程,并利用扩频技术与RSA算法解决了多用户终端资源选择冲突的问题。对组密钥生成方法的密钥生成速率、资源选择冲突、密钥生成效率进行了理论分析,证明了方法的可行性和有效性。进一步考虑组密钥窃听模型条件下,仿真分析了组密钥安全性。仿真结果表明,与传统的密钥生成方法不同,组密钥生成方法的安全性能与用户数目有关,在用户数目较多时密钥更不容易被破解。