[发明专利]一种基于随机波束和边缘计算的物理层密钥分发方法

权利要求书

1.一种基于随机波束和边缘计算的物理层密钥分发方法，其特征在于：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；待分享的密钥符号为s(n),n＝1,2,…L,其中L为密钥的符号长度；

S2.信道估计：Bob向Alice发送信道估计序列，Alice根据接收到的信息估计出上行信道信息，并通过转置得下行信道信息

S3.随机波束生成：Alice根据下行信道信息生成随机波束

所述步骤S3包括:

S301.Alice首先从下行信道信息中随机选择一个大于设定阈值的元素h_ab,i，i＝1,2,…,N_A；同时随机生成波束中的元素且k≠i；

S302.在i＝1,2,…,N_A中每一个取值时，计算波束中的元素v_i：

其中，A为常数，表示高斯随机数；

S4.密钥符号处理及发送：Alice在向Bob发送密钥符号s(n)时，按照步骤S3生成随机波束v，并利用随机波束v对s(n)进行处理，得到信号x(n)进行发送以扰乱窃听者的接收信号：

x(n)＝v(n)s(n)；

S5.信号接收：Bob对Alice发送的信号进行接收，接收信号y_Bob(n)表示为：

y_Bob(n)＝h_abv(n)s(n)+n_A

同时，窃听者对Alice发送的信号进行窃听，接收到的信号表示为：

y_Eve(n)＝h_Ev(n)s(n)+n_E；

其中，n_A和n_E分别为Bob和Eve接收信号对应的白噪声向量，h_E为Eve的信道；

S6.密钥估计：Bob在忽略白噪声向量n_A的情况下对密钥符号进行估计，得到估计的密钥信息

所述步骤S6包括：

Bob在忽略白噪声向量n_A的情况下对密钥符号进行估计，得到：

由步骤S2得到h_abv(n)＝A；故Bob估计发送的密钥符号为：

同时，由于窃听者的信号信息h_E与h_ab的差异性，使得窃听者在获得y_Eve(n)，难以估计出相应的密钥符号；

S7.在n＝1,2,…L时，重复执行步骤S3～步骤S6，直至Bob已经得到L个符号长度的密钥。

2.根据权利要求1所述的一种基于随机波束和边缘计算的物理层密钥分发方法，其特征在于：所述步骤S7中，Bob已经得到L个符号长度的密钥后，还包括一致性确认步骤：

Bob与Alice进行密钥一致性确认，若Bob得到的密钥与Alice分享密钥的一致，则该次密钥分享完成，若Bob得到的密钥与Alice分享密钥的不一致，返回步骤S2，按照步骤S2～S7重新执行密钥分享过程。