加密技术是实现通信安全的主要工具。目前除了量子通信之外,传统通信用到的加密体制只能实现计算安全。随着量子计算机的发展,这种加密体制面临着巨大的考验。同时密钥的产生、管理与分发不仅耗费使用人员及管理人员的精力,还存在人为泄露密钥的安全隐患。而地面无线信道除了开放性之外,还具有互易性、时变性和空变性的特点。无线通信双方基于上述无线信道特性,经过信道参数的获取、量化、协商等步骤可以分别生成两个相同的真随机序列。该序列经过处理后可以作为传统加密方案的密钥种子使用。整个密钥的产生、分发过程无人工参与,降低了密钥泄露的风险,减轻了密钥管理的负担。重要的是,若该方法联合“一报一密”的加密体制,可能实现所谓的信息论安全即无条件安全。本文就基于无线信道生成密钥所遇到的理论问题、信道参数的量化算法以及密钥协商算法等进行研究和分析,主要工作如下:1.从信息论的角度对基于无线信道生成密钥的可行性进行了分析。研究表明,如果第三方只发动被动攻击,那么合法双方就可以生成密钥。但如果第三方发动主动攻击,那么基于无线信道生成密钥的可能性就依赖于可模拟性条件的存在与否。此外,由于共享密钥是通过公开信道生成的,因此,为了保证密钥的私密性,又对私密增强协议进行了研究。通过分析可知,基于提取器的私密增强协议能有效的提升密钥的秘密性。2.针对CQA(Channel Quantization Alternating)算法计算复杂度高和门限偏移量不对称的问题,通过分析门限移动的条件,提出了单门限移动的CQA算法。根据仿真结果可知,改进算法在信道资源节省25%的情况下可以获得与原算法同样的量化性能。此外,针对CQA算法量化不一致率高而影响密钥生成长度的问题,提出了基于联合发生概率对数似然比的改进量化算法。通过仿真可知,在信道资源节省25%且相关系数小于0.7的情况下,基于概率对数似然比的量化算法理论上生成的密钥长度比原算法至少增加了0.1bits/symbol。3.针对密钥协商中以量化的硬判决序列作为译码器输入会影响纠错性能的问题,提出了基于CQA计算量化软信息的协商算法。该算法利用发送方采样值的位置索引和接收方的采样值,计算接收方采样值量化后各个比特位的量化软信息,并把量化软信息作为低密度奇偶校验码(Low density parity check codes,LDPC)置信传播(Belief propagation,BP)译码器的输入来协商密钥。通过仿真表明,基于量化软信息协商算法的纠错能力与基于量化硬判决序列的协商算法相比大约提高了33%。4.针对LDPC码在码字长度较短时纠错能力低的问题,提出了基于序列连续删除(Successive Cancellation List,SCL)译码的Polar码协商算法。通过分析可知,在码字长度较短时,基于Polar码协商算法的纠错能力相较于LDPC码提升了约21%。此外,针对Polar编码在初始错误较高时可能会产生错误扩散的问题,又提出了二分法和Polar码的联合密钥协商算法。该算法利用了二分法不会产生错误扩散的特性,采用先二分法协商,再Polar码纠错的方式协商密钥。通过仿真可知,联合算法的纠错能力比基于Polar码的协商算法提高了24%。但由于联合算法是以牺牲密钥的生成长度来提升纠错能力的,因此,在协商时应合理的选择协商算法。