[發明專利]一種基于USRP的無線自組網安全傳輸方法

在審

• 申請號: 202211635086.6
• 申請日: 2022-12-19
• 公開（公告）號: CN116017423A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 丁寧;嚴緯華;莊東曙;王龍龍;孫正健
• 申請（專利權）人: 南京熊貓電子股份有限公司;南京熊貓通信科技有限公司
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04W12/041;H04W12/0431;H04W84/18;H04L1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

本發明提出一種基于USRP的無線自組網安全傳輸方法，采用USRP軟件無線電設備搭建無線自組網通信平臺，設計實現了基于信道狀態信息的物理層密鑰提取方案。LabVIEW軟件編程實現信道狀態信息提取，并對提取的信道狀態信息進行量化、密鑰協商以及隱私放大，最終生成可利用的密鑰用于自組網傳輸數據加密；在密鑰協商階段采用先糾錯后校驗的方式對密鑰進行一致性協商，有效地降低密鑰不一致率，提高密鑰生成速率；本發明可根據不同的自組網通信場景設置對應的通信節點，不僅具有較高的靈活性和擴展性，還解決了傳統安全機制中密鑰分發困難、計算復雜度高和消耗系統資源多的問題。

技術領域

本發明屬于通信領域，具體涉及一種基于USRP的無線自組網安全傳輸方法。

背景技術

近年來，人們對低時延高質量通信的需求推動著無線通信技術的迅速發展。各種無線通信技術大大便利了人們的生活，最常見的無線通信技術有蜂窩通信、WIFI?等。這些無線通信技術依靠固定的基礎設施來實現通信，例如蜂窩電話依靠基站傳輸數據，WIFI?網絡依靠接入點來轉發數據。但在軍事行動、抗洪救災、緊急救援等情況下，缺乏建設基礎設施的條件。在這些情況下不依賴基礎設施、靈活多變、快速部署的無線自組網具有廣泛的應用前景。無線自組網不采取集中管理，各節點自行組網進行通信傳輸。無線自組網中各個節點采用無線通信的方式進行數據傳輸，無線電波的廣播特性，為攻擊者實施惡意攻擊提供了天然的條件。在傳輸信息體量越來越大的今天，對通信的安全性要求越來越高，尤其是在戰場、醫療和個人隱私等方面領域，一旦通信過程中受到無線網絡攻擊造成通信的安全性被破壞，會導致戰場指令被竊取、醫療數據和個人隱私的泄露等問題。

目前信息傳輸安全防護方法主要是數據加密技術。主要是保護合法用戶傳輸的信息即使被攻擊者竊聽，攻擊者也不會得到有用的信息，保證了消息的保密性；在傳統安全機制中，上述安全防護手段的實現需要可信第三方進行密鑰的分發和管理。然而，無線自組網里的節點具有很強的動態性，使得傳統安全機制中密鑰分發具有一定的困難。此外，傳統安全機制基于密碼學，需要各種復雜的加密算法來保證信息的安全性，這需要硬件設備擁有一定的計算能力和資源。?而無線自組網中的節點計算能力和資源有限，?各個節點計算能力和資源并不一定能保證復雜密碼算法的計算需求。?基于以上傳統安全機制所存在的問題，無線信道特征的物理層密鑰提取可以在合法通信雙方處直接提取密鑰，無需第三方進行密鑰分發管理，從而有效地解決了傳統密鑰分發問題。

早在?1949?年香農從信息論的角度對安全通信問題進行了研究，提出了完美加密的概念，概念指出如果每次都是不同的密鑰?K?對明文?M?的加密，即一次一密，同時滿足密鑰?K?長度大于等于明文?M?的長度，則可以使密文C?與明文?M?的互信息為零，從密文無法推出關于明文的任何消息。?1993?年?Maurer等人在提出合法通信雙方可以通過互相發送隨機信號來生成密鑰，將隨機信號作為密鑰的共享隨機源。1995年Hassan指出合法通信雙方可以利用信道的互易性、隨機性、唯一性，在相干時間內對上下行信道進行估計來獲得提取加密密鑰，進而實現加密通信。以上的研究奠定了物理層密鑰提取的理論基礎。根據信道互易性原理，通信雙方對信道特征的估計具有一致性。利用這一特點，通信雙方可利用共有的信道特征作為密鑰隨機源提取物理層密鑰。物理層密鑰提取技術研究的主要目標是在確保合法通信雙方提取的物理層密鑰具有一致性和隨機性的前提下，提高密鑰生成速率。

發明內容

本發明的目的在于：采用USRP軟件無線電設備搭建無線自組網通信平臺，設計實現基于信道狀態信息的物理層密鑰提取方案，用于生成可利用的密鑰并實現自組網傳輸數據的加密。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于USRP的無線自組網安全傳輸方法，基于1個通信主節點與至少2個目的節點的創建，通信主節點分別與各個目的節點形成合法通信組，每個合法通信組生成密鑰包括以下步驟：

S1：合法通信組中的主節點和目的節點在相干時間內交替發送探測信號，并通過天線接收探測信號進行信道估計，主節點和目的節點分別測量出信道頻域響應幅值；