[发明专利]一种边缘计算中基于人工噪声和安全编码的密钥共享方法

说明书

本发明公开了一种边缘计算中基于人工噪声和安全编码的密钥共享方法，包括以下步骤S1.设定保护区域：S2.信道估计：Bob向Alice发送信道估计序列，Alice估计得到信道矩阵H_A；S3.安全编码：边缘侧设备Alice通过安全编码将密钥消息b＝(b₁,b₂,...b_m)编码为二进制比特s＝(s₁,s₂,...s_n)；S4.结合人工噪声形成发射信号：Alice通过MIMO波束成型结合人工噪声形成发射信号x：x＝fs+Gz；S5.信号接收与译码：合法终端Bob接收信号并解调，并从接收信号中译码出m位密钥比特S6.重复执行步骤S3～步骤S5，直至Bob已经得到L个符号长度的密钥。

技术领域

本发明涉及边缘计算中的密钥共享，特别是涉及一种边缘计算中基于人工噪声和安全编码的密钥共享方法。

背景技术

网络边缘执行计算的一种新型计算模型——边缘计算应运而生，边缘计算将原有的云计算模型的部分或者全部计算任务迁移到网络边缘设备上，降低了云计算中心的计算负载，减缓了网络拥塞。边缘计算有着丰富的应用场景，比如云计算任务迁移，视频监控，智能交通，智能电网等。随着5G物联网及边缘计算网络的快速发展，大量新型的业务与应用不断涌现。无线网络中的各种保密和敏感数据等呈海量式增长，随之而来的信息安全问题越来越突出，安全性正逐渐成为各种不同业务应用的前提条件。在传统无线通信网络中，通常在网络层及上层使用基于密码学的加密技术保障系统通信安。而进行各种加密认证需要在通信双方之间建立安全的共享密钥。而在边缘计算大量新型应用场景中，如大规模IoT网络和智能电网网络中将接入海量的资源受限传感节点终端，使得基于密码学的密钥分发和管理的复杂度极高甚至难以实现。基于物理信道的密钥生成与分发技术，其基本原理是利用衰落信道的随机和互易性来生成和分发合法用户间的密钥。

目前，关于物理层密钥生成已有一些初步的研究结果，但是当前的物理层密钥生成的速率较慢，其速率和信道变化快慢高度相关。实验验证一个典型的3根收发天线的物理层密钥分发系，在室内信道中达到以低于数量级的密钥错误率建立一个128比特长度的AES对称加密密钥需要10秒甚至更长时间。由于双方建立密钥的过程中需要在公共信道上至少进行3次以上的交互(包括收发双方相互发送导频，密钥协商，隐私放大和最终的一致性确认等过程)，使得通信协议复杂度较高，信息泄露的隐患提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种边缘计算中基于人工噪声和安全编码的密钥共享方法，利用人工噪声和安全编码来实现边缘计算环境下物理层密钥分发，仅需两次交互实现物理层密钥分发，减低密钥共享造成时延和复杂度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种边缘计算中基于人工噪声和安全编码的密钥共享方法，包括以下步骤

S1.设定保护区域：

设边缘侧设备Alice和合法终端Bob需要分享密钥，Eve为窃听者；

边缘设备Alice与合法终端Bob分别利用一个半径为R的保护区域围绕自身，使得窃听者Eve不能进入保护区域进行窃听，即保证Eve与Alice的距离大于R，Eve与和Bob的距离大于R；

N_A和N_B分别表示Alice和Bob的天线数，N_A＞N_B≥1；

S2.信道估计：Bob向Alice发送信道估计序列，Alice估计得到信道矩阵H_A；

S3.安全编码：边缘侧设备Alice通过安全编码将密钥消息b＝(b₁,b₂,...b_m)编码为二进制比特s＝(s₁,s₂,...s_n)；