[發(fā)明專利]一種無(wú)需信道估計(jì)的IMSI/SUPI物理層密鑰保護(hù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010079833.7
• 申請(qǐng)日: 2020-02-04
• 公開（公告）號(hào): CN111294353B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王慧明;魯知朋;馮月華;魏璇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種無(wú)需信道估計(jì)的IMSI/SUPI物理層密鑰保護(hù)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：移動(dòng)終端在完成網(wǎng)絡(luò)選擇和小區(qū)選擇之后，向基站發(fā)送隨機(jī)接入請(qǐng)求；

步驟2：基站向移動(dòng)終端發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)；

步驟3：基站在物理層解析自己的接收信號(hào)，并乘以步驟2中隨機(jī)接入響應(yīng)對(duì)應(yīng)的發(fā)送信號(hào)，得到基站處理后的接收信號(hào)；

移動(dòng)終端在物理層解析自己的接收信號(hào)，并乘以步驟1中隨機(jī)接入請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的發(fā)送信號(hào)，得到移動(dòng)終端處理后的接收信號(hào)；

步驟4：基站對(duì)步驟3中得到的基站處理后的接收信號(hào)進(jìn)行采樣，獲取采樣值，并提取采樣值的幅度和相位量化生成初始密鑰比特；

移動(dòng)終端對(duì)步驟3中得到的移動(dòng)終端處理后的接收信號(hào)進(jìn)行采樣，獲取采樣值，并提取采樣值的幅度和相位量化生成初始密鑰比特；

其中，基站和移動(dòng)終端的采樣頻率相同；

步驟5：移動(dòng)終端讀取步驟4生成的初始密鑰比特并進(jìn)行信道編碼，獲得編碼碼字，所述編碼碼字由信息位和校驗(yàn)位串聯(lián)組成；

步驟6：移動(dòng)終端向基站發(fā)送連接建立請(qǐng)求和作為協(xié)商信息的校驗(yàn)位；基站同時(shí)讀取步驟4生成的初始密鑰比特并將其與接收到的校驗(yàn)位組合成新的碼字；

步驟7：基站將步驟6得到的新的碼字進(jìn)行信道譯碼，得到譯碼后的碼字，并提取譯碼后的碼字信息位作為協(xié)商后的物理層密鑰；

步驟8：基站將步驟7得到的譯碼后的碼字通過(guò)單向Hash函數(shù)運(yùn)算得到協(xié)商回復(fù)，然后向移動(dòng)終端發(fā)送RRC連接建立和協(xié)商回復(fù)；

移動(dòng)終端同時(shí)計(jì)算步驟5獲得的編碼碼字的單向Hash函數(shù)值，并比較其與接收到的協(xié)商回復(fù)是否相等；

若相等，移動(dòng)終端提取步驟5獲得的編碼碼字的信息位作為協(xié)商后的物理層密鑰；

若不相等，則物理層密鑰生成出現(xiàn)錯(cuò)誤，移動(dòng)終端將啟用其他已有技術(shù)方案安全傳輸IMSI/SUPI隱私信息；

步驟9：移動(dòng)終端讀取步驟8中與IMSI/SUPI等長(zhǎng)的物理層密鑰，移動(dòng)終端發(fā)送附著請(qǐng)求并使用物理層密鑰加密IMSI/SUPI隱私信息；

基站讀取步驟7中與IMSI/SUPI等長(zhǎng)的物理層密鑰，基站接收到附著請(qǐng)求，并使用物理層密鑰解密還原IMSI/SUPI隱私信息；

在步驟9之前，移動(dòng)終端對(duì)步驟8中自己的協(xié)商后的物理層密鑰進(jìn)行保密增強(qiáng)處理，得到最終的物理層密鑰；基站對(duì)步驟7中自己的協(xié)商后的物理層密鑰進(jìn)行保密增強(qiáng)處理，得到最終的物理層密鑰；

步驟3中，假設(shè)時(shí)間變量為t，定義移動(dòng)終端一次發(fā)送隨機(jī)接入請(qǐng)求所經(jīng)過(guò)的時(shí)間為信號(hào)周期T，在時(shí)域上，隨機(jī)接入請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的發(fā)送信號(hào)為s_A(t)，隨機(jī)接入響應(yīng)對(duì)應(yīng)的發(fā)送信號(hào)為s_B(t+T)，移動(dòng)終端到基站的信道增益為h_AB(t)，基站到移動(dòng)終端的信道增益為h_BA(t+T)，不考慮信道噪聲帶來(lái)的影響，則：

基站的接收信號(hào)為：

y_B(t)＝s_A(t)h_AB(t)

基站的接收信號(hào)乘以隨機(jī)接入響應(yīng)對(duì)應(yīng)的發(fā)送信號(hào)s_B(t+T)，得到基站處理后的接收信號(hào)為：

c_B(t)＝s_B(t+T)y_B(t)＝s_B(t+T)s_A(t)h_AB(t)

移動(dòng)終端的接收信號(hào)為：

y_A(t+T)＝s_B(t+T)h_BA(t+T)

移動(dòng)終端的接收信號(hào)乘以隨機(jī)接入請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的發(fā)送信號(hào)s_A(t)，得到移動(dòng)終端處理后的接收信號(hào)為：

c_A(t+T)＝s_A(t)y_A(t+T)＝s_A(t)s_B(t+T)h_BA(t+T)；

步驟4中，假設(shè)f代表采樣頻率，隨機(jī)接入請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的上行幀起始時(shí)刻為t₀，則在時(shí)間區(qū)間t∈[t₀,t₀+T]內(nèi)，基站處理后的接收信號(hào)c_B(t)采樣為c_B(n)，其中n＝1,2,...,N，并且N＝T·f；

定義基站提取采樣值的幅度和相位分別為|c_B(n)|和θ_B(n)，提取方法表示為：

θ_B(n)＝arctan(imag(c_B(n))/real(c_B(n)))

假設(shè)μ代表幅度的均值，σ代表幅度的標(biāo)準(zhǔn)差，基站根據(jù)獲取的幅度量化比特：

基站根據(jù)獲取的相位量化比特：

然后將幅度特征信息量化比特和相位特征信息量化比特串聯(lián)，得到基站的初始密鑰比特：

Q_B(n)＝Q_B1(n)||Q_B2(n)

移動(dòng)終端處理后的接收信號(hào)c_A(t+T)的采樣和量化同理進(jìn)行。