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无线通信系统中，传输的可靠性和安全性受到多方面的因素影响，其中传播媒介的广播性和开放性是主要的，其次还因为移动的无线终端、不稳定的网络结构而受到影响。传统的安全机制发展已经很成熟，应用也比较广泛，但是不可忽视的是其存在很多缺点，比如密钥分发困难、加密解密开销大并且密钥容易被破解等。这些安全机制大部分是从 OSI模型的数据链路层以上的层次来处理安全问题。近年来，为了弥补传统安全机制的缺点，研究者提出利用物理层安全（Physical Layer Security，PLS）来实现安全保密，PLS提供了的安全机制具有安全性高、开销较低且延时较低的优点，密钥分发和管理不再是不可解决的困难。用PLS知识实现安全保密主要利用物理层的固有属性，包括信道噪声和衰落等，以PLS为基础实现的安全机制较于传统安全机制通常更具有优势，且生成的密钥一般来说更安全可靠。本文针对窃听信道模型，结合信息理论，研究无线通信系统下的密钥生成方案。
本文主要贡献分为两个模块，第一部分是在改进的双向中继窃听信道模型上，提出了新的密钥生成方案；第二部分是在实验搭建的ZigBee系统架构下，基于通信双方的接收信号强度(Received SignalStrength,RSS)变化，实现了密钥生成。以上两个部分在文章第4章和第5章集中体现。
对于双向中继窃听信道模型下的密钥生成方案，提出了两个新的优势提取（Advantage Distillation,AD）方案，分别结合信息协商和保密增强能构成完整的密钥生成方案。以二进制对称信道和理想无噪声信道为例，研究了不同信道下的优势提取方案。第一个方案，SKG-BSCRC（Secret Key GenerationScheme for BSC Relay Communication System），是针对二进制对称信道（Binary SymmetricChannel, BSC）提出的，这个方案中主信道和窃听信道都是BSC信道。经过多轮双向通信，能得到主信道比窃听信道信道质量好，噪声少，最终主信道相较于窃听信道存在信道优势。第二个方案， SKG-NRC（Secret Key GenerationScheme for the Noiseless Relay Communication）是针对理想情况下无噪声信道提出的，这个方案主信道和窃听信道都是无噪声信道。在这个方案中，使用随机序列qA和qB作为人工干扰噪声来防止窃听者偷听。本文还对提出的两个新 AD方案分别进行了理论分析和实验仿真，结果显示提出的SKG方案，窃听者的比特错误率（Bit Error Rate,BER）恒定保持在0.5，而合法用户Alice和Bob却可以获得更低的BER，说明两个AD方案能够实现主信道优于窃听信道的优势。
针对基于ZigBee无线系统的密钥生成方案的研究，该实验搭建的硬件平台是利用两个ZigBee模块作为合法用户Alice和Bob，通过软件IAR的设置，进行合法用户之间协调地互相收发。信道探测采集RSS信号；量化采用的是4电平量化；信息协商是建立在低密度奇偶校验(Low-density Parity-check, LDPC)码基础上实现，减少量化后Alice和Bob的位串之间的分歧；保密增强使用HASH函数，同时结合消息认证，加强密钥的安全性。本文还结合密钥比特不一致率、误码率和误帧率等指标对基于ZigBee无线系统的密钥生成方案进行了相关分析，最终生成的密钥能够用来进行保密传输。
本文以无线通信系统为研究背景，提出了两个无线通信系统下的密钥生成方案，理论分析和仿真结果表明，两个密钥生成方案均能达到保密需求，对无线通信安全具有一定的意义。
本文主要贡献分为两个模块，第一部分是在改进的双向中继窃听信道模型上，提出了新的密钥生成方案；第二部分是在实验搭建的ZigBee系统架构下，基于通信双方的接收信号强度(Received SignalStrength,RSS)变化，实现了密钥生成。以上两个部分在文章第4章和第5章集中体现。
对于双向中继窃听信道模型下的密钥生成方案，提出了两个新的优势提取（Advantage Distillation,AD）方案，分别结合信息协商和保密增强能构成完整的密钥生成方案。以二进制对称信道和理想无噪声信道为例，研究了不同信道下的优势提取方案。第一个方案，SKG-BSCRC（Secret Key GenerationScheme for BSC Relay Communication System），是针对二进制对称信道（Binary SymmetricChannel, BSC）提出的，这个方案中主信道和窃听信道都是BSC信道。经过多轮双向通信，能得到主信道比窃听信道信道质量好，噪声少，最终主信道相较于窃听信道存在信道优势。第二个方案， SKG-NRC（Secret Key GenerationScheme for the Noiseless Relay Communication）是针对理想情况下无噪声信道提出的，这个方案主信道和窃听信道都是无噪声信道。在这个方案中，使用随机序列qA和qB作为人工干扰噪声来防止窃听者偷听。本文还对提出的两个新 AD方案分别进行了理论分析和实验仿真，结果显示提出的SKG方案，窃听者的比特错误率（Bit Error Rate,BER）恒定保持在0.5，而合法用户Alice和Bob却可以获得更低的BER，说明两个AD方案能够实现主信道优于窃听信道的优势。
针对基于ZigBee无线系统的密钥生成方案的研究，该实验搭建的硬件平台是利用两个ZigBee模块作为合法用户Alice和Bob，通过软件IAR的设置，进行合法用户之间协调地互相收发。信道探测采集RSS信号；量化采用的是4电平量化；信息协商是建立在低密度奇偶校验(Low-density Parity-check, LDPC)码基础上实现，减少量化后Alice和Bob的位串之间的分歧；保密增强使用HASH函数，同时结合消息认证，加强密钥的安全性。本文还结合密钥比特不一致率、误码率和误帧率等指标对基于ZigBee无线系统的密钥生成方案进行了相关分析，最终生成的密钥能够用来进行保密传输。
本文以无线通信系统为研究背景，提出了两个无线通信系统下的密钥生成方案，理论分析和仿真结果表明，两个密钥生成方案均能达到保密需求，对无线通信安全具有一定的意义。