[发明专利]一种无线信道物理层密钥协商与不一致比特去除方法

权利要求书

1.一种无线信道物理层密钥协商与不一致比特去除方法，具体方法为：基于纠错编码去除无线通信双方的不一致比特，通过非交互的方式完成密钥协商工作，利用与校验位相独立的随机比特序列来盲化在公共信道传输的校验位；

所述无线信道物理层密钥协商与不一致比特去除方法，包括初始化过程、通信一方生成并发送校验位的过程和通信另一方收到校验位后进行不一致比特去除的过程；

其中，初始化过程中，选取纠错编码算法及与其相对应的密码算法，及其生成矩阵和校验矩阵；

通信一方生成并发送校验位的过程中，通信一方将其随机比特序列切分为短的比特序列后，将切分的短的比特序列与纠错编码算法的生成矩阵相乘得到校验位；将得到的校验位进行盲化后发送给通信另一方；

通信另一方收到校验位后进行不一致比特去除的过程中，通信另一方将校验位去盲化，将其随机比特序列切分为短的比特序列，并将去盲化后的校验位切分为短的比特序列；通信另一方利用对去盲化后的校验位切分或短的比特序列作为校正字，基于所述相对应的密码算法和所述校验矩阵，对通信另一方随机比特序列切分后的短比特序列进行译码，得到密钥块；将得到的密钥块按顺序串接得到所述通信一方的随机比特序列，作为通信双方的后续安全通信的密钥；

所述初始化过程的具体方法为：

选取码长为n且信息位长为k的(n,k)纠错编码算法，包括编码算法E(·)和译码算法D(·)；令被编码的信息为k比特长的X，则编码算法E_n,k(X)输出一个比特长度为n的码字{X,S}，其中S是比特长度为n-k的校验位，则编码算法表示为E(·):E_n,k(X)→{X,S}，相应的译码算法为其中为码字，X为译码结果；同时，令纠错编码算法的生成矩阵为G＝[I_k,P]，校验矩阵为H＝[P^T,I_n-k]；其中，I_k是k阶单位矩阵，P是k行(n-k)列矩阵；I_n-k是(n-k)阶单位矩阵，P^T是P的转置矩阵；

合法通信双方在相干时间内完成对无线信道的双向探测，选取包括信道响应幅度和相位的信道参数，在接收信号中对选定的信道参数进行测量并进行量化，得到用于生成共享密钥的初始比特序列K_a和K_b；即通信一方获得的比特序列K_a＝K||ω，通信另一方获得的比特序列K_b＝K′||ω′，其中符号“||”表示比特序列按序串接，比特序列K和K′的比特长度均为N，而且N是k的整数倍，即l＝N/k,l是正整数，比特序列ω和ω′的比特长度均为l×(n-k)；其中，ω与K相互独立，ω′与K′相互独立，ω和ω′均为盲化信息位。

2.根据权利要求1所述的方法，通信一方生成并发送校验位的过程中，将得到的校验位进行盲化的具体方法为：计算S′＝S₁||S₂||…||S_l和符号代表逐比特异或；其中，S_i为得到的校验位S′的第i比特,i＝1,2,…,l，S″为盲化后的校验位。

3.根据权利要求2所述的方法，通信一方生成并发送校验位的具体方法步骤为：

S21、将比特序列K切分成l个长度为k的短比特序列K₁,K₂,...,K_l；

S22、利用编码算法对K_i进行编码E_n,k(K_i)→{K_i,S_i}，即将比特序列K_i分别与纠错编码算法的生成矩阵G相乘，K_i×[I_k,P]，得到校验位S_i＝K_i×P，i＝1,2,…,l；

S23、计算S′＝S₁||S₂||…||S_l和符号代表逐比特异或，得到盲化后的校验位S″；

S24、发送盲化的校验位，所述通信一方将S″通过公开信道发送给通信另一方。

4.根据权利要求3所述的方法，通信另一方收到校验位后进行不一致比特去除的具体方法步骤为：

S31、校验位去盲化，计算

S32、将K′切分成l个比特长度为k的短比特序列，记作K_i′，i＝1,2,…,l；

S33、将切分成l个比特长度为(n-k)短的比特序列

S34、利用译码算法对码字进行译码即利用校验位并基于相应的译码算法和校验矩阵H对比特序列K_i′进行译码,得到密钥块K_i，i＝1,2,…,l；

S35、密钥序列串接K＝K₁||K₂||...||K_l,即将密钥块K_i(i＝1,2,…,l)按顺序串接，得到随机比特序列K。