[发明专利]一种基于无线信道特征的内生安全通信方法

权利要求书

1.一种基于无线信道特征的内生安全通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：提取发送设备的射频指纹，作为身份密钥K；

S2：提取信道特征，作为信道密钥K_z；

S3：基于身份密钥K、信道密钥K_z生成发送端的物理层种子密钥SeedA和接收端的物理层种子密钥SeedB；

S4：根据生成的种子密钥SeedA、SeedB，对应产生密钥流sA和sB；

S5：发送端利用密钥流sA对调制后信号进行物理层加密并发送，接收端利用密钥流sB对接收信号进行验证；

S6：若验证成功，则进行物理层解密；否则，报错并重新进行身份认证；

其中，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11：通过接收机天线阵列接收信号，对接收信号进行信道估计，令k＝1；

S12：对第k个载波的信道估计结果计算自相关矩阵R(k)，并对自相关矩阵R(k)进行增秩处理，得到第k个载波的增秩自相关矩阵R(k)；

S13：对R(k)计算多径信号幅值；

S14：判断k是否等于N，N为载波的总数；如果等于，则进行步骤S15；若不等于，则令k＝k+1，返回会自行步骤S12；

S15：对每个载波的多径信号幅值进行排序，选择路径，得到射频指纹，并将射频指纹作为身份密钥K；

所述步骤S5具体为包括以下步骤：

S51：发送端利用调制后的复数序列，根据密钥流sA进行等距变换，生成酉矩阵，然后进行物理层加密；

S52：接收端对于接收到的信号，添加密钥流sB后进行CRC验证。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法，其特征在于，在所述步骤S2中，设Alice为发送者，Bob为合法接收者，Eve为被动窃听者，三者均为单天线；其中，Alice与Bob之间的信道称为主信道，具体步骤包括：

S21：选取主信道特征u₀作为生成密钥的随机变量；

S22：假设信道为块衰落信号，则u₀在一个时隙内不变，在不同时隙取值独立；

S23：Alice与Bob通过在同一个时隙内测量对方发送的导频信号对u₀进行估计，得到u_A和u_B；

S24：对u_A和u_B进行量化，得到保密序列v_A和v_B，将保密序列v_A作为信道密钥K_z。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：在消息认证开始之前，根据身份密钥K、信道密钥K_z，通过散列函数生成发送端的物理层种子密钥SeedA和接收端的物理层种子密钥SeedB。

4.根据权利要求3所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：根据种子密钥SeedA、SeedB，利用流密钥对应产生密钥流sA和sB。

5.根据权利要求4所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法，其特征在于，在所述步骤S51中，所述的酉矩阵U具体表示为：

UU^H＝U^HU＝I_n

其中，(·)^H是共轭转置；|det(U)|＝1，U矩阵的所有行和列向量都是标准正交基，任何N×N酉矩阵U具有N²独立的实相参数，因此，根据密钥流sA生成给定的旋转方向然后生成N×N的酉矩阵U。

6.根据权利要求5所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：若通过CRC校验则说明sA＝sB，此时Bob认为加密消息来自Alice，继续通信；认证通过后，Bob利用密钥流sB生成与酉矩阵U对应的解密矩阵进行解密；否则，说明加密消息产生错误或者该消息来自Eve为被动窃听者Eve，重新进行身份认证。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法，其特征在于，还包括以下步骤：

后续通信中，Bob将密钥流sB添加到消息上发送给Alice；Alice采用相同的方法对接收消息进行认证，实现信息的交互。