[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

说明书

本发明公开了一种基于随机波束和边缘计算的物理层密钥分发方法，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；S4.密钥符号处理及发送：Alice在向Bob发送密钥符号s(n)时；S5.信号接收：Bob和Eve对Alice发送的信号进行接收S6.密钥估计：Bob在忽略白噪声向量nsubgt;A/subgt;的情况下对密钥符号进行估计，得到估计的密钥信息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。本发明通过两次通信交互即可实现物理层密钥的分发，降低密钥共享造成时延和复杂度。

技术领域

本发明涉及密钥共享，特别是涉及一种基于随机波束和边缘计算的物理层密钥分发方法。

背景技术

随着5G物联网和边缘计算网络的快速发展，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，安全性正逐渐成为边缘计算各种不同业务应用的前提条件。边缘计算节点，作为小型的数据中心，微云中心，合理的调度管理控制。在传统无线网络中，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高、延迟高并且甚至难以实现。

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，在多径散射丰富的环境下，若攻击者距离合法用户超过1～2个物理信号波长时将无法推测出合法双方的密钥信息。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。并且由于正常的通信过程与密钥分发不能同时进行，造成通信的中断或者时延增大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于随机波束和边缘计算的物理层密钥分发方法，降低了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：一种基于随机波束和边缘计算的物理层密钥分发方法，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；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: