[發明專利]一種基于信道特征的密鑰生成方法

有效

• 申請號: 201910080352.5
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109600222B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 王秋華;康明洋;劉昊;呂秋云
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04W12/041
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明涉及一種基于信道特征的密鑰生成方法，解決現有密鑰生成方法無法適用于靜態無線環境以及不抗主動攻擊的缺陷。本發明方法首先進行隨機信號傳輸，合法通信雙方終端A和B各自產生隨機信號，并發送給對方；終端A和B收到來自對方隨機信號后，生成用于產生共享密鑰的初始隨機密鑰源；終端A和B對生成的初始密鑰序列和進行一致性協商，去除或糾正初始密鑰序列中的不一致比特，獲得一致的密鑰序列；最后終端A和B利用保密增強協議，對得到的一致密鑰序列進行處理，得到高度保密的最終密鑰。本發明在不需要雙方信道估計的條件下，提高了密鑰的生成速率和密鑰的安全性，既適用于靜態網絡環境，也適用于動態網絡環境。

技術領域

本發明屬于無線網絡安全技術領域，涉及一種基于信道特征的密鑰生成方法。

背景技術

安全性問題一直是無線網絡安全通信面臨的重要難題，目前，該問題主要采用加密和認證技術來解決，而根據Kerckhoff準則，現代密碼系統的安全取決于密鑰的安全性，密鑰的安全分配與協商是密碼系統的核心，對整個網絡安全性至關重要。傳統的密鑰分配與協商，多是基于安全基礎設施來實現的。而在動態移動的無線網絡環境中，認證中心或是密鑰分發中心等安全基礎設施很難完成部署，無線網絡中的密鑰管理變得更加復雜和困難。

近年來，出現了利用無線信道物理層特征解決無線網絡密鑰生成問題的新思路。基于信道特征的物理層密鑰生成方案利用無線信道的快速時變性、短時互易性、空間唯一性、和不可預測性等性質，將無線信道的狀態特征作為產生密鑰的隨機密鑰源。在這些方案中，合法通信雙方對上下行無線信道進行估計，從估計得到的信道特征參數中提取密鑰，但目前提出的基于信道特征的物理層密鑰生成方案存在以下缺陷：

(1)不能應用于靜態無線網絡環境。當前的基于信道特征的密鑰生成技術高度依賴于快速變化的網絡環境以確保較高的密鑰生成速率。而在靜態無線環境中，信道變化緩慢以至于很難在短時間內獲得足夠的不相關比特。此外，在靜態無線環境中密鑰生成速率低，密鑰隨機性差。如何在靜態無線網絡環境中以較高速率生成安全的共享密鑰是當前一大挑戰。

(2)現有方案不抗主動攻擊。現有的密鑰生成方案主要是在被動攻擊下進行設計和分析。現有方案都易遭受主動攻擊，如智能攻擊者可以通過在無線信號經過的空間中插入或移除中間對象來操縱無線信道特征。造成這種攻擊的根本原因是通信雙方僅使用信道特征來生成密鑰。如果攻擊者操縱了該信道，則可以推斷生成的密鑰。如何在上述主動攻擊下實現安全的密鑰生成方案也是當前的一大挑戰。

另外，隨著無線通信新技術的快速發展，出現了新的無線網絡應用場景，如物聯網、5G網絡，這些新型網絡的出現為現有基于信道特征的密鑰生成方案帶來新的挑戰。在這些新型網絡中，通信節點的計算能力、存儲資源及能量受限，而現有的基于信道特征的密鑰生成方案中，信道估計過程將造成較大的開銷，不再適用于上述資源受限的新型無線網絡，因此，亟需設計一種新的適用于資源受限無線網絡的輕量級密鑰生成方案。

發明內容

本發明的目的就是針對現有基于信道特征的密鑰生成方案存在的固有缺陷，提供一種基于信道特征的密鑰生成方法，用以解決現有密鑰生成方法無法適用于靜態無線環境以及不抗主動攻擊的缺陷，在不需要通信雙方進行信道估計的條件下，提高密鑰生成速率和密鑰安全性。

密鑰生成前，互為發送端和接收端的通信終端A和通信終端B已進行了安全認證。通信終端A和通信終端B為任意無線終端設備、無線訪問點AP或基站。

為實現本發明的上述目的，本發明方法具體包括以下步驟：

步驟(1).隨機信號傳輸。

通信終端A和通信終端B各自產生隨機信號，并發送給對方，發送方式為通信雙方采用同頻半雙工技術在信道相干時間內輪流發送，或通信雙方采用同時同頻全雙工技術發送。具體是：