[發明專利]一種基于初始密鑰不一致率的生成密鑰自適應調和方法

有效

• 申請號: 201910333552.7
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110086610B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 李古月;胡愛群;張喆穎
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/06;H04L5/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 馮艷芬

本發明公開了一種基于初始密鑰不一致率的生成密鑰自適應調和方法，包括以下步驟：(1)通信雙方在同一頻段上互相發送已知導頻信號，并分別根據接收到的導頻信號通過信道估計獲取同一時刻的信道狀態信息；(2)通信雙方分別將信道狀態信息進行預處理和量化，將結果作為初始密鑰串；(3)通信雙方根據發送的和接收的導頻信號估計初始密鑰串的不一致率；(4)通信雙方自適應的選擇在所述初始密鑰串的不一致率下、綜合調和效率最高的信息調和方案，并采用該信息調和方案進行密鑰協商；(5)通信雙方對密鑰協商得到的調和密鑰進行隱私放大，再進行一致性驗證得到共享密鑰。本發明可以根據不同信道狀態自適應選擇密鑰調和方案，應用更廣泛。

技術領域

本發明涉及無線通信信息加密領域，尤其涉及一種基于初始密鑰不一致率的生成密鑰自適應調和方法。

背景技術

無線通信中，同一時間、同一頻點上，無線信道的多徑屬性(增益，頻偏，延遲)對于收發雙方是相同的，即信號在上下行信道上經歷的衰落理論上是一致的。因此，TDD系統中，當上下行切換速率足夠快，即雙工時間間隔遠小于信道相干時間時，無線上下行信道增益具備高度互易性。此外，無線信道的隨機性，快速時變性，快速空變性為基于物理層安全的共享密鑰生成技術提供了保證。基于物理層安全的共享密鑰生成技術主要包括四個步驟：預處理，量化，信息調和，隱私放大。

無線信道噪聲、硬件差異以及時延會導致通道雙方的信道測量值存在差異，此外，對信道測量值的預處理與量化可能會引入更大的誤差。因此，信息調和是生成共享密鑰的必要步驟。

現有的共享密鑰生成系統中，大部分采用固定的密鑰調和方案，無法適用于信道狀態實時變化的場景，如車聯網下的共享密鑰生成，信道狀態信息的劇烈變化會導致生乘的初始密鑰不一致率變化很大，固定的調和方案會影響不同初始不一致率的密鑰協商效率。還有一部分調節方案通過調節糾錯編碼碼長實現對時變信道狀態信息的調和，能夠實現自適應的密鑰協商，但局限于糾錯編碼的信息調和方式，無法避免糾錯編碼在密鑰協商中計算復雜度高、信息泄漏率高的問題。

發明內容

發明目的：本發明針對現有技術存在的問題，提供一種基于初始密鑰不一致率的生成密鑰自適應調和方法，本發明結合交互協議與糾錯編碼兩類調和方法，可以根據初始密鑰不一致進行自適應選擇信息調和方案，調和協議交互次數過多以及糾錯編碼計算復雜度過高的問題。

技術方案：本發明所述的基于初始密鑰不一致率的生成密鑰自適應調和方法包括以下步驟：

(1)通信雙方在同一頻段上互相發送已知導頻信號，并分別根據接收到的導頻信號通過信道估計獲取同一時刻的信道狀態信息；

(2)通信雙方分別將信道狀態信息進行預處理和量化，將結果作為初始密鑰串；

(3)通信雙方根據發送的和接收的導頻信號估計初始密鑰串的不一致率；

(4)通信雙方自適應的選擇在所述初始密鑰串的不一致率下、綜合調和效率最高的信息調和方案，并采用該信息調和方案進行密鑰協商；

(5)通信雙方對密鑰協商得到的調和密鑰進行隱私放大，再進行一致性驗證得到共享密鑰。

進一步的，步驟(2)中所述預處理具體包括：時域、頻域和空間域上的去相關。

進一步的，步驟(2)中所述量化具體為均勻量化、單門限量化、雙門限量化以及多比特自適應量化中的任一種。

進一步的，步驟(3)中估計初始密鑰串的不一致率的具體步驟為：

(3.1)根據發送的和接收的導頻信號進行估計得到信噪比ε₀；

(3.2)對初始密鑰串進行分組，分組長度L_B＝0.73/ε₀；

(3.3)通信雙方通過交互各分組的奇偶校驗值，得到初始密鑰串不一致率ε。