[發(fā)明專利]靜態(tài)無線信道條件下點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)話密鑰的快速生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711415756.2
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN108183792B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳莉莉;王營營
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04W12/04
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發(fā)明公開了一種靜態(tài)無線信道條件下點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)話密鑰的快速生成方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中靜態(tài)或者低速移動(dòng)場(chǎng)景下無線信道密鑰生成速率低，密鑰隨機(jī)性差的問題。其實(shí)現(xiàn)方案為：1.對(duì)無線信道進(jìn)行信道估計(jì)；2.將信道估計(jì)得到的信道參數(shù)進(jìn)行安全傳遞與重構(gòu)；3.對(duì)振幅調(diào)制參數(shù)進(jìn)行安全傳遞與重構(gòu)；4.利用重構(gòu)的信道參數(shù)和振幅調(diào)節(jié)參數(shù)，建立產(chǎn)生密鑰的隨機(jī)信源；5.對(duì)隨機(jī)信源進(jìn)行量化編碼及密鑰協(xié)商，最終生成會(huì)話密鑰。本發(fā)明能在靜態(tài)或者低速移動(dòng)場(chǎng)景下提高密鑰生成速率以及密鑰隨機(jī)性，并且不需要提供安全通道，可用于無線通信中兩通信節(jié)點(diǎn)之間的信息保密傳輸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)話密鑰的快速生成方法，可用于無線通信中兩通信節(jié)點(diǎn)之間的信息保密傳輸。

背景技術(shù)

隨著無線通信的廣泛應(yīng)用，無線通信的安全問題越來越受到人們的關(guān)注。由于無線通信的廣播特性，通信雙方很容易受到竊聽、消息篡改、節(jié)點(diǎn)冒充的攻擊。所以在合法節(jié)點(diǎn)通信之前，建立會(huì)話密鑰變得必不可少。許多無線設(shè)備的能量是受限的，計(jì)算能力也是有限的，使得現(xiàn)有的基于傳統(tǒng)密碼學(xué)的公鑰加密技術(shù)，例如借助于RSA算法或者借助于橢圓曲線加密算法面臨著巨大的挑戰(zhàn)。根據(jù)信息論的理論，目前已經(jīng)存在一些可供選擇的密鑰產(chǎn)生方法。這些方法主要基于無線信道的時(shí)變性、空間去相關(guān)性和互易性，將無線信道的狀態(tài)信息作為產(chǎn)生密鑰的信源。

中國科學(xué)院信息工程研究所申請(qǐng)的專利“密鑰生成方法”(申請(qǐng)?zhí)枺?01510416469.8，申請(qǐng)公布號(hào)：CN 105120453 A)公開了一種密鑰生成方法。該方法包括：對(duì)無線通信信道的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)信道測(cè)量值進(jìn)行量化，之后利用模糊提取技術(shù)進(jìn)行信息調(diào)和與隱私放大，最終由通信雙方生成完全相同的密鑰，即：會(huì)話密鑰。該方法利用了無線信道的時(shí)變性生成密鑰，它的不足之處在于：當(dāng)節(jié)點(diǎn)低速移動(dòng)或者靜止時(shí)，信道在時(shí)間維度的變化非常緩慢甚至保持不變，這使得密鑰生成速率很低。

2013年，Dajiang Chen等人提出了利用協(xié)作節(jié)點(diǎn)生成密鑰的方案，當(dāng)一個(gè)合法節(jié)點(diǎn)發(fā)送探測(cè)信號(hào)時(shí)，協(xié)作節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)射擾動(dòng)信號(hào)，使另一個(gè)節(jié)點(diǎn)測(cè)量的信道狀態(tài)值產(chǎn)生變化，以提高密鑰的生成速率。為了對(duì)抗竊聽節(jié)點(diǎn)，該方法要求在協(xié)作節(jié)點(diǎn)和一個(gè)合法節(jié)點(diǎn)之間存在一個(gè)安全通道，竊聽節(jié)點(diǎn)不能夠竊聽到該安全通道中的任何信息，以保證兩合法節(jié)點(diǎn)接收到的擾動(dòng)信號(hào)是相同的。但是，現(xiàn)實(shí)中的很多場(chǎng)景并不存在這樣的安全通道，這阻礙了該方法在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種靜態(tài)無線信道條件下的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)話密鑰的快速生成方法，以在不需要安全通道的條件下，提高密鑰的生成速率及密鑰的隨機(jī)性。

本發(fā)明的技術(shù)思路是：通過構(gòu)造一個(gè)虛擬的信號(hào)源產(chǎn)生具有豐富變化的隨機(jī)信號(hào),用該隨機(jī)信號(hào)作為產(chǎn)生密鑰的信息源。為了保證密鑰的安全性，利用信道響應(yīng)的唯一性和差分值的模糊性，在合法節(jié)點(diǎn)間安全傳遞隨機(jī)信源的相關(guān)參數(shù)，使得只有合法節(jié)點(diǎn)才能得到虛擬信源發(fā)射的信號(hào)。其實(shí)現(xiàn)方案如下：

1.一種靜態(tài)無線信道條件下點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)話密鑰的快速生成方法，包括：

(1)無線信道估計(jì)：

無線網(wǎng)絡(luò)中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)A、B、C依次發(fā)出訓(xùn)練信號(hào)s，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別根據(jù)所接收的信號(hào)估計(jì)出它與另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信道響應(yīng)，其中第一通信節(jié)點(diǎn)A估計(jì)自己與協(xié)作節(jié)點(diǎn)B和第二通信節(jié)點(diǎn)C的信道響應(yīng)分別為和協(xié)作節(jié)點(diǎn)B估計(jì)自己與第一通信節(jié)點(diǎn)A和第二通信節(jié)點(diǎn)C的信道響應(yīng)分別為和

(2)信道參數(shù)的安全傳遞與重構(gòu)：

(2a)協(xié)作節(jié)點(diǎn)B計(jì)算信道響應(yīng)差分值：并通過公共信道將Δh發(fā)送出去；

(2b)第一通信節(jié)點(diǎn)A估計(jì)協(xié)作節(jié)點(diǎn)B與第二通信節(jié)點(diǎn)C之間的信道響應(yīng)重構(gòu)值：

(3)振幅調(diào)制參數(shù)的傳遞與重構(gòu)：