[发明专利]一种基于初始密钥不一致率的生成密钥自适应调和方法

说明书

本发明公开了一种基于初始密钥不一致率的生成密钥自适应调和方法，包括以下步骤：(1)通信双方在同一频段上互相发送已知导频信号，并分别根据接收到的导频信号通过信道估计获取同一时刻的信道状态信息；(2)通信双方分别将信道状态信息进行预处理和量化，将结果作为初始密钥串；(3)通信双方根据发送的和接收的导频信号估计初始密钥串的不一致率；(4)通信双方自适应的选择在所述初始密钥串的不一致率下、综合调和效率最高的信息调和方案，并采用该信息调和方案进行密钥协商；(5)通信双方对密钥协商得到的调和密钥进行隐私放大，再进行一致性验证得到共享密钥。本发明可以根据不同信道状态自适应选择密钥调和方案，应用更广泛。

技术领域

本发明涉及无线通信信息加密领域，尤其涉及一种基于初始密钥不一致率的生成密钥自适应调和方法。

背景技术

无线通信中，同一时间、同一频点上，无线信道的多径属性(增益，频偏，延迟)对于收发双方是相同的，即信号在上下行信道上经历的衰落理论上是一致的。因此，TDD系统中，当上下行切换速率足够快，即双工时间间隔远小于信道相干时间时，无线上下行信道增益具备高度互易性。此外，无线信道的随机性，快速时变性，快速空变性为基于物理层安全的共享密钥生成技术提供了保证。基于物理层安全的共享密钥生成技术主要包括四个步骤：预处理，量化，信息调和，隐私放大。

无线信道噪声、硬件差异以及时延会导致通道双方的信道测量值存在差异，此外，对信道测量值的预处理与量化可能会引入更大的误差。因此，信息调和是生成共享密钥的必要步骤。

现有的共享密钥生成系统中，大部分采用固定的密钥调和方案，无法适用于信道状态实时变化的场景，如车联网下的共享密钥生成，信道状态信息的剧烈变化会导致生乘的初始密钥不一致率变化很大，固定的调和方案会影响不同初始不一致率的密钥协商效率。还有一部分调节方案通过调节纠错编码码长实现对时变信道状态信息的调和，能够实现自适应的密钥协商，但局限于纠错编码的信息调和方式，无法避免纠错编码在密钥协商中计算复杂度高、信息泄漏率高的问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于初始密钥不一致率的生成密钥自适应调和方法，本发明结合交互协议与纠错编码两类调和方法，可以根据初始密钥不一致进行自适应选择信息调和方案，调和协议交互次数过多以及纠错编码计算复杂度过高的问题。

技术方案：本发明所述的基于初始密钥不一致率的生成密钥自适应调和方法包括以下步骤：

(1)通信双方在同一频段上互相发送已知导频信号，并分别根据接收到的导频信号通过信道估计获取同一时刻的信道状态信息；

(2)通信双方分别将信道状态信息进行预处理和量化，将结果作为初始密钥串；

(3)通信双方根据发送的和接收的导频信号估计初始密钥串的不一致率；

(4)通信双方自适应的选择在所述初始密钥串的不一致率下、综合调和效率最高的信息调和方案，并采用该信息调和方案进行密钥协商；

(5)通信双方对密钥协商得到的调和密钥进行隐私放大，再进行一致性验证得到共享密钥。

进一步的，步骤(2)中所述预处理具体包括：时域、频域和空间域上的去相关。

进一步的，步骤(2)中所述量化具体为均匀量化、单门限量化、双门限量化以及多比特自适应量化中的任一种。

进一步的，步骤(3)中估计初始密钥串的不一致率的具体步骤为：

(3.1)根据发送的和接收的导频信号进行估计得到信噪比ε₀；

(3.2)对初始密钥串进行分组，分组长度L_B＝0.73/ε₀；

(3.3)通信双方通过交互各分组的奇偶校验值，得到初始密钥串不一致率ε。