基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114584292A(43)申请公布日2022.06.03(21)申请号202210169400.X(22)申请日2022.02.23(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人李古月杨丽琳冯淑颖胡爱群(74)专利代理机构南京众联专利代理有限公司32206专利代理师薛雨妍(51)Int.Cl.H04L9/08(2006.01)H04W12/041(2021.01)H04L25/02(2006.01)H04L9/40(2022.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法(57)摘要本发明公开了一种基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，首先由无线通信双方Alice和Bob分别采集上行和下行的信道特征测量值，然后将采集到的上行与下行信道特征测量值分别进行辛变换，最后得到时延多普勒域上的信道特征结果。所产生的时延多普勒域的信道特征可以通过量化、密钥协商、隐私方法等步骤进一步生成密钥。本发明解决了由终端高速移动引起信道互易性差，从而导致密钥生成一致率低的问题。本发明用于提高物理层密钥的一致性，增强无线通信系统的安全性，可具体应用于无线密钥分发，包括安全通信、毫米波通信、水下通信、军事通信等领域，可扩展至多节点通信场景。CN114584292ACN114584292A权利要求书1/1页1.一种基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，其特征在于，该方法中，首先由无线通信双方Alice和Bob分别在不同时隙轮流发送导频，估计瞬时信道状态信息，并进行辛变换预处理，得到时延多普勒域上的信道状态矩阵；其中，辛变换预处理的方法包括以下步骤：1)无线通信双方Alice和Bob分别在不同的时隙轮流发送导频，接收端(包括Alice或Bob)对接收信号进行信道估计获得多个载波上的瞬时信道状态信息；2)Alice和Bob分别抽取多个时隙上估计得到的瞬时信道状态信息组成二维的信道状态矩阵，包括时间维度和频率维度；3)Alice和Bob分别将各自的信道状态矩阵进行辛变换，获得时延多普勒域上的二维信道状态矩阵；4)Alice和Bob分别将步骤3)中产生的时延多普勒域上的信道状态矩阵作为后续量化等密钥生成步骤的输入。2.根据权利要求1所述的基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，其特征在于，所述步骤1)的瞬时信道状态信息，在单天线系统下为Alice和Bob各自信道估计得到的多个载波上的信道状态响应；在多天线系统下为其中nr，nt分别表示多天线系统的发送端数量和接收端数量，hij为接收端j对发送端i发送的导频进行信道估计得到的多个载波上的信道状态响应。3.根据权利要求1所述的基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，其特征在于，所述步骤2)的二维信道状态矩阵的维数由所需的密钥速率与一致性要求决定；其中，矩阵的频率维数采用全部载波数或采用抽取的部分载波数；矩阵的时间维数采用用于信道估计的一帧或多帧的全部时隙数，或采用抽取的部分时隙数。4.根据权利要求1所述的基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，其特征在于，所述步骤2)的信道状态矩阵组成如下：首先对每次估计得到的瞬时信道状态信息表述为行向量或列向量，将抽取多个时隙估计得到的所有的瞬时信道状态以行向量或列向量的形式组成信道状态矩阵HTF，得到的信道状态矩阵的维度为M×N或N×M，其中，M表示时隙数，N表示子载波数。5.根据权利要求1所述的基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法，其特征在于，所述步骤3)中，Alice和Bob分别对步骤2)得到的信道状态矩阵进行辛变换预处理，辛变换预处理的矩阵形式表现为其中FM和FN为归一化M维和N维的离散傅里叶变换矩阵；HDD表示步骤3)中时延多普勒域的二维信道状态矩阵，且矩阵HDD的维数与HTF相同。2CN114584292A说明书1/4页基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法技术领域[0001]本发明属于通信安全领域，涉及无线通信系统中的密钥生成技术，尤其涉及一种基于辛变换的物理层密钥生成预处理方法。背景技术[0002]随着通信技术的发展，无线通信应用场景的不断扩大，通信双方对通信过程中的保密要求越来越高。当前无线通信网络中主要采用对称/非对称的加密方式，其关键在于密钥的分发与管理。传统的密钥分发与管理主要采用事先协商或密钥交换的方式，然而事先协商的密钥分发机制本身就存在安全隐患，并且基于计算复杂度的密钥安全机制随着量子计算机的发展也面临着被破解的风险。[0003]近年来，物理层密钥生成(PKG)技术因其计算量小，复杂度低，安全性好等特点受到国内外的广泛关注。它具有无线信道的短时互易性、时变性和空间去相关等特点。根据无线信道短时互易性，通信双方同一时间同一