5G网络相比于传统通信网具有更高的安全性,但是在接入认证协议中依然存在漏洞,易受中间人攻击。物理层认证技术利用了物理层信息的私密性和不可伪造性,可以更好地抵御中间人攻击,从而提高5G接入认证协议的安全性。本文首先介绍了物理层认证的研究现状,基于一种新的物理层认证的分类,分别介绍基于指纹的物理层认证、基于水印的物理层认证、基于密钥的物理层认证和跨层认证的研究现状,分析优缺点。其中,跨层认证融合了物理层信息和高层认证,能够以很小的改造成本获取更高的安全收益。本文针对现有的5G认证流程加以改进,提出基于门限值的5G跨层认证协议。主要包括三个模块,首先提取物理层信道特征,接下来生成融合物理层信道特征的跨层认证响应,最后利用门限值对认证匹配度进行预处理。本文搭建仿真环境对协议进行功能测试和性能测试,测试结果表明本文提出的跨层认证协议可以防范中间人攻击,且认证性能优于现有5G标准认证协议。基于预处理方式的不同,本文还提出基于机器学习的5G跨层认证协议。通过功能测试和性能测试,该协议同样可以防范中间人攻击,且认证性能优于现有5G标准认证协议。对本文提出的两种基于无线信道特征的5G跨层认证协议进行安全性分析可以得出,协议具有防中间人攻击、防重放、双向认证的安全能力。未来6G应具备内生安全的特点,物理层认证基于物理层信道的天然特征实现,完美契合6G内生安全。本文设计了适用于6G的物理层认证方案,并根据6G网络的新技术、新特征、新场景,提出未来物理层认证应在智能物理层认证、快速物理层认证和弹性物理层认证三个方向加深研究与探索。