[發(fā)明專利]一種利用無線物理層的信息的消息加密方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611104173.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN106604270B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊志;周世東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W12/02
• 分類號(hào): H04W12/02;H04W12/04;H04L1/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發(fā)明是一種利用無線物理層信息的消息認(rèn)證方法：其目的是基站與用戶的通信過程中，基站向用戶發(fā)送導(dǎo)頻信息，用戶根據(jù)導(dǎo)頻信息確定基站與用戶之間信道的不確定度后，將發(fā)送的相應(yīng)比特消息做迫零預(yù)編碼，用戶端和基站接收到信號(hào)后將此消息儲(chǔ)存起來記做密鑰組，在用戶端發(fā)現(xiàn)信道信息變化后，用戶將發(fā)送長度為密鑰組中的信息長度與本次信道變化的不確定度作為下一次密鑰組中的信息發(fā)送給基站，從而達(dá)到消息加密以及儲(chǔ)存密鑰的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用無線物理層的信息的消息加密方法。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前的第四代移動(dòng)通信(4G)將不能滿足在高密度終端上的需求。由于不同于有線網(wǎng)絡(luò)框架的封閉性，無線通信在空口的傳輸過程中，由于其傳輸?shù)拈_放性，導(dǎo)致只要在通信范圍內(nèi)存在竊聽者，就可以輕松的獲得消息發(fā)送者發(fā)送的消息。在未來的通信中，隨著入網(wǎng)終端的不斷增加，大量的數(shù)據(jù)將暴露在空口傳輸中。而由于終端密度較大，極大的增加了甄別竊聽設(shè)備的代價(jià)。因此在消息傳輸方面，安全性問題將面臨一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的加密方式基于密碼學(xué)的思想，其并沒有增加信息的不確定度，因此在理論上只要竊聽者的計(jì)算能力足夠強(qiáng)，竊聽者就能夠破解消息發(fā)送者發(fā)送的消息。為了克服這一缺點(diǎn)，現(xiàn)在的利用無線物理層信道信息提取密鑰的方式成為一種更流行的趨勢(shì)，由于物理層信道的互易性，基于位置的唯一性，以及在相干時(shí)間內(nèi)信道響應(yīng)的相關(guān)性，以及在超過相干時(shí)間內(nèi)信道響應(yīng)的獨(dú)立性等特性，都是極利于收發(fā)用戶對(duì)密鑰的提取。

利用無線物理層信道信息對(duì)消息的加密，在現(xiàn)有的研究中雖然其能夠增強(qiáng)消息傳輸?shù)陌踩?，但是其生成機(jī)制以及額外開銷將很復(fù)雜。在未來的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，一種方便、快捷、輕量級(jí)的消息加密技術(shù)將被需要。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種利用無線物理層的信息的消息加密方法，基于無線物理層信道信息的不確定性，利用迫零預(yù)編碼技術(shù)將信道信息與發(fā)送消息進(jìn)行混合，提高了空口信息的不確定度，增強(qiáng)了對(duì)于竊聽者的破解難度，可解決未來的無線通信中大量的暴露終端所帶來的安全隱患。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種利用無線物理層的信息的消息加密方法，終端用戶與基站通信時(shí)，基站向用戶發(fā)送導(dǎo)頻消息，用戶通過導(dǎo)頻信號(hào)恢復(fù)信道信息并比較與上一次記錄的信道信息的相關(guān)性：

1)如果兩次信道信息的相關(guān)性不小于某一個(gè)閾值，用戶終端認(rèn)為信道基本沒有發(fā)生變化，終端與基站進(jìn)行常規(guī)通信；

2)如果兩次信道信息的相關(guān)性小于某一個(gè)閾值，用戶終端認(rèn)為兩次信道發(fā)生變化，用戶進(jìn)入信息加密模式，用戶取出原始密鑰組中的密鑰信息，對(duì)發(fā)送消息進(jìn)行加密，用戶對(duì)加密后的消息進(jìn)行信道編碼后，采用信道預(yù)編碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，并通過與基站已協(xié)商好的算法利用發(fā)送消息息更新的密鑰組，并存儲(chǔ)本次導(dǎo)頻信號(hào)，作為記錄的信道信息，基站在收到消息后，利用密鑰組信息恢復(fù)出原始信息，并更新密鑰組信息。

所述用戶在與基站通信時(shí)，用戶存在兩組序列，分別為當(dāng)前密鑰組序列和預(yù)留信道信息序列。

所述用戶與基站進(jìn)行常規(guī)通信中，包括信息加密或者信息不加密，其中信息加密使用原始密鑰或者本方法中產(chǎn)生的密鑰。

所述用戶根據(jù)基站發(fā)送的導(dǎo)頻恢復(fù)信道信息，根據(jù)本次信道信息與預(yù)留信道信息進(jìn)行相關(guān)性分析。

所述用戶在加密模式中利用當(dāng)前的密鑰組與發(fā)送消息序列進(jìn)行加密，其加密方式對(duì)于發(fā)送消息為一一映射關(guān)系且發(fā)送消息序列長大于等于密鑰長度。用數(shù)學(xué)屬于表述為，假設(shè)消息為x，密鑰為key，加密后的消息為y，此時(shí)滿足：

y＝f(x,key)

這里如果固定key，y是x的一一映射函數(shù)。