[發明專利]基于信道特征的物理層密鑰生成方法及系統

有效

• 申請號: 202011051698.1
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112202511B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 楊奎武;龔迪菲;胡學先;趙儉;陳越;張儉鴿;南煜;隋雷;張田
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: H04W12/04
• 分類號: H04W12/04;H04B17/318;H04W84/18
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 周艷巧

1.一種基于信道特征的物理層密鑰生成方法，其特征在于，包含如下內容：

面向物聯網中基于802.15.4協議的Zigbee無線傳感器網絡，通信雙方依據事先約定采樣策略，將多信道網絡中各子信道信號強度作為信道特征參數，對該信道特征參數進行評估和提??；事先約定采樣策略中，通信雙方按照信道選擇策略選擇子信道，各子信道特征采樣遵守探測重傳協議；通信雙方多輪探測過程中，將各子信道信號強度緩存為矩陣RSS，其中，RSS_ij代表第i輪探測時第j個采樣子信道所得到的信號強度采樣值；矩陣RSS記為C_M×N，且其中，M代表探測次數，N代表子信道數量；選擇子信道過程中，首先，依據通信發起者和通信接收者節點編號和子信道數量及最小子信道編號，確定初始采樣子信道；然后，依據當前采樣子信道、每次采樣信道跳轉步長、最小子信道編號及子信道數量，確定下次采樣子信道；

對提取到的信道特征參數通過信道量化方式進行量化；量化過程中，首先，將多輪探測中不同子信道信號強度進行分組去均值處理，剔除RSS值與通信距離之間的關系，得到作為量化比特環節的輸入的處理矩陣；將處理矩陣中信號強度按列進行量化，其中，量化比特環節的輸入的處理矩陣C'_M×N表示為按列量化中，首先根據每列值計算對應列中最大值與最小值差值；依據對應列中最大值與最小值差值，將各列中數值劃分區域，并采用格雷碼將每個數值編碼為二進制碼；

通信雙方分別針對量化數據進行信息調和，獲取各自初始密鑰，雙方并經過密鑰協商進行密鑰增強，得到最終會話密鑰；信息調和中，將同一子信道的量化數據進行分組，利用Cascade算法進行誤碼處理，得到通信雙方各自初始密鑰；密鑰增強中，通信發起方使用自身初始密鑰對隨機數進行加密，將加密運算結果發送給通信接收方；通信接收方利用自身初始密鑰進行解密運算，依據解密運算結果反饋通信發起方；通信發起方利用自身初始密鑰解密信息，依據解密信息及隨機數一致情形來發送應答消息，針對密鑰一致情形，通信雙方使用事先約定哈希函數進行隱私放大處理，得到最終會話密鑰；

通信發起者依據采樣策略周期性地向通信接收者發送探測請求幀，通信接收者根據探測請求幀編號記錄請求幀信號強度并回復通信發起者應答幀；通信發起者按照應答幀編號記錄應答幀信號強度。

2.一種基于信道特征的物理層密鑰生成系統，其特征在于，基于權利要求1所述的方法實現，包含：特征提取模塊、數據量化模塊和密鑰生成模塊，其中，

特征提取模塊，用于通信雙方依據事先約定采樣策略，將多信道網絡中各子信道信號強度作為信道特征參數，對該信道特征參數進行評估和提取；

數據量化模塊，用于對提取到的信道特征參數通過信道量化方式進行量化；

密鑰生成模塊，用于通信雙方分別針對量化數據進行信息調和，獲取各自初始密鑰，雙方并經過密鑰協商進行密鑰增強，得到最終會話密鑰。