[發明專利]一種基于PID控制的自適應密鑰生成方法

在審

• 申請號: 202310187834.7
• 申請日: 2023-03-01
• 公開（公告）號: CN116170799A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 陳發堂;鄭金貴;王丹;王華華;楊黎明;鄭煥平;鄭明杰;陳峰;陳小夢
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W12/041
• 分類號: H04W12/041;H04W12/106;H04B17/309
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王詩思

1.一種基于PID控制的自適應密鑰生成方法，其特征在于，所述方法包括：

第一終端與第二終端以當前的信道探測頻率相互發送探測信號；

第一終端與第二終端分別從探測信號提取出信號強度信息，對所述信號強度信息進行量化后，生成第一密鑰；

第一終端與第二終端分別對所述第一密鑰進行調和與增強后，生成第二密鑰；

第一終端與第二終端分別計算當前第二密鑰的生成速率和熵率；

第一PID控制器將當前獲得的生成速率與目標生成速率比較，第二PID控制器將當前獲得的熵率與目標熵率比較，更新下一輪的信道探測頻率以及下一輪是否在探測信號中引入人工噪聲。

2.根據權利要求1所述的一種基于PID控制的自適應密鑰生成方法，其特征在于，所述第一終端與第二終端以當前的信道探測頻率相互發送探測信號包括合法通信的第一終端和第二終端之間在每一輪的固定信道探測時間τ內交換ICMP?PING和REPLY探測數據包；每一輪持續N次信道探測，N次信道探測頻率均為f＝1/τ。

3.根據權利要求1所述的一種基于PID控制的自適應密鑰生成方法，其特征在于，第二密鑰的熵率的計算方式包括將第二密鑰的比特流劃分為多個不重復的子串；根據比特流的長度、子串的個數以及比特流的多樣性，利用LZ76算法計算出第二密鑰的熵率。

4.根據權利要求3所述的一種基于PID控制的自適應密鑰生成方法，其特征在于，所述第二密鑰的熵率的計算公式表示為：

其中，C_LZ(X_N)表示第二密鑰的比特流X_N的熵率；N表示比特流X_N的長度；q表示子串的個數；d表示比特流的多樣性。

5.根據權利要求1所述的一種基于PID控制的自適應密鑰生成方法，其特征在于，更新下一輪的信道探測頻率包括根據當前獲得的生成速率與目標生成速率通過第一PID控制器計算得到下一輪的信道探測頻率。

6.根據權利要求1或5所述的一種基于PID控制的自適應密鑰生成方法，其特征在于，第一PID控制器的計算公式表示為：

其中，f_i+1表示第i+1輪的信道探測頻率，f_i表示第i輪的信道探測頻率，G_p1表示第一PID控制器的第i階比例增益，G_I1表示第一PID控制器的第i階積分增益，G_D1表示第一PID控制器的第i階微分增益；K_i表示第i輪的密鑰生成速率，K_j表示第j輪的密鑰生成速率，k表示密鑰的目標生成速率；α₁表示第一PID控制器的階數上限。

7.根據權利要求1所述的一種基于PID控制的自適應密鑰生成方法，其特征在于，判斷下一輪是否在探測信號中引入人工噪聲包括根據當前獲得的熵率與目標生成熵率通過第二PID控制器計算得到下一輪的信道波動速度；當計算出的信道波動速度小于預設閾值時，則在下一輪的探測信號中引入人工噪聲。

8.根據權利要求1或7所述的一種基于PID控制的自適應密鑰生成方法，其特征在于，第二PID控制器的計算公式表示為：

其中，w_i+1表示第i+1輪的信道波動速度，w_i表示第i輪的信道波動速度，G_p2表示第二PID控制器的第i階比例增益，G_I2表示第二PID控制器的第i階積分增益，G_D2表示第二PID控制器的第i階微分增益；C_i表示第i輪密鑰的熵率，C_j表示第j輪密鑰的熵率，c表示目標熵率；α₂表示第二PID控制器的階數上限。