[发明专利]一种确保无线通信安全的密钥生成方法

摘要

本发明属于无线通信领域，公开一种确保无线通信安全的密钥生成方法。该密钥生成方法基于无线信道互易性以及曲线拟合方法，通过从共享的无线信道状态中提取无线通信用户的共享密钥以保证通信安全，具体包括信道状态估计、预处理、量化及编码、信息协调和私密放大五步，经过私密放大处理后，生成的比特串可用作收发双方最终的共享密钥，保护之后通信安全。本发明能够解决收发双方收集的信道状态序列之间的差异问题，保证密钥协商以及整体密钥生成的效率，且该方法能够更广泛地应用于各种复杂的实际应用场景，高效地保证通信安全。

主权项

1.一种确保无线通信安全的密钥生成方法，其特征在于以下步骤：第一步，信道状态估计收发双方在相干时间内各自完成一轮信道探测，并获得各自信道状态；持续多轮探测信道后，收发双方获得相同长度的状态序列，且两个信道状态序列高度相关；所述的信道状态由不同统计量表征；第二步，预处理收发双方中的一方根据自身数据特点确定曲线拟合方法和对应参数，并将曲线拟合方法和对应参数发送给另一方，确保收发双方利用相同的曲线拟合方法对第一步得到的各自信道状态序列使用相同的平滑过程进行处理，平滑处理后，收发双方各自得到处理后的信道状态序列；所述的曲线拟合方法包括：移动平均法，或样条函数平滑，或卡尔曼滤波，或傅里叶级数拟合；所述的傅里叶级数拟合方法的步骤如下：预处理阶段，用户A和用户B对各自发送的探测信号SA以及SB采用傅里叶级数拟合，傅里叶级数主要用于将输入函数表示成一系列简单的正弦函数或指数函数的和，对于一个区间[‑l，l]上给定的周期函数f(x)，对应的傅里叶级数为根据三角函数的正交性，对等是两边积分可以计算每项对应的系数根据以上描述，傅里叶级数是正弦函数的无限和，当把傅里叶级数用于曲线拟合时，使用的是其部分和，部分和描述如下，其中，X是一个有限值用于表示部分和的项数，当X逐渐增大时，部分和越来越接近所给函数f(x)；第三步，量化及编码收发双方分别对第二步得到的信道状态序列，采用相同的量化和编码过程，得到二进制比特串；所述的量化过程中，收发双方根据第二步得到的信道状态序列的特征，采用相同的量化水平确定量化区间，每个量化区间被赋予内容不同的码值，从而生成二进制比特串，多级量化能够增加密钥生成的速率；若量化水平为M，需要长度至少为的码值对每个符号进行编码；假设输入数据长度为N，则输出的二进制比特串长度为量化和编码过程中数据的变化形式如下：其中，Pi(1≤i≤N)为输入数据；第四步，信息协调收发双方对第三步得到的二进制比特串进行信息协调，定位并纠正两个二进制比特串之间的不匹配位，保证收发双方都能获得彼此共享的比特串，信息协调过程要保证纠错；所述的信息协调方法包括Cascade方案以及纠错码；第五步，私密放大收发双方对第四步得到的共享的二进制比特串进行私密放大操作，用于消除信息协调期间泄漏的信息对最终生成密钥的影响，并保证该密钥的随机性满足加密要求；私密放大处理后，生成的比特串用作收发双方最终的共享密钥，保护通信安全；所述的私密放大通过随机提取器或全域哈希函数实现。