【摘 要】
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随着无线通信系统的发展,人们对无线通信系统安全性的要求越来越高。通过对无线信道特征的利用,无线设备可在物理层提取密钥实现数据加密、对合法用户和非法用户的身份确认等功能。该技术不仅满足现代生产和生活的各种需求,同时保障现代无线传输系统的安全性。近年来,基于物理层的信道密钥研究受到工业界和学术界的共同关注,然而现有的物理层密钥提取方法中仍然存在无线设备提取密钥速率低且生成的密钥随机性弱等问题。为了缓解
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随着无线通信系统的发展,人们对无线通信系统安全性的要求越来越高。通过对无线信道特征的利用,无线设备可在物理层提取密钥实现数据加密、对合法用户和非法用户的身份确认等功能。该技术不仅满足现代生产和生活的各种需求,同时保障现代无线传输系统的安全性。近年来,基于物理层的信道密钥研究受到工业界和学术界的共同关注,然而现有的物理层密钥提取方法中仍然存在无线设备提取密钥速率低且生成的密钥随机性弱等问题。为了缓解上述问题,本文介绍基于无线信号强度Received Signal Strength（RSS）的信道密钥提取方法,主要研究内容如下:1.在现有的基于RSS的密钥生成方案中,由于有损量化算法以及量化算法过程中参数的设定,导致密钥生成速率较低。本文提出一种基于RSS的迭代量化物理层无线信道密钥生成方案,旨在进一步提高无线通信设备提取密钥的速率。该方案中两个无线设备运行迭代量化算法获得共享密钥,该量化算法支持多轮量化,可根据输入的RSS量值确定每轮的量化标准参数。为了说明提出方案的实用性,使用RT2870芯片的Ralink Wi Fi网卡实现密钥生成的过程。实验结果表明,提出的量化算法可以提高RSS测量值的利用率,同时也提高密钥生成率。2.为了实现不同场景中生成密钥的随机性,本文提出一种基于自适应量化的无线信道密钥提取方法,对收集的RSS测量值进行分组量化和自适应量化。分组量化的设计改善生成密钥的随机性,使得通信双方最终生成的共享密钥中0和1的数量分布更加均匀。自适应量化的优点是对测量值采用自适应量化门限的操作,无线设备可以根据不同场景的RSS测量值选择合适的量化门限。该方案通过实验对生成的密钥进行性能评估,实验结果显示生成的密钥通过10个NIST测试项,说明无线设备在不同场景下均可提取强随机性安全密钥。此外,本文列出了与其他密钥生成方案在多个性能指标方面的比较结果,该方案的生成密钥在随机性方面优于其他方案。
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