[发明专利]无线通信系统的密钥生成方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及无线通信领域，且更具体地，涉及用密钥加密的无线通信领域。

背景技术

无线网络中的通信安全性已成为许多研究的主题。

第一个已知的安全化技术（securisation technique）包括使用公钥加密技术（例如借助于RSA算法或者借助于椭圆曲线加密算法）来加密通信。然而，该技术需要交换非常长的公钥，以便使该加密能够抵御可能的攻击。此外，所使用的算法很复杂且要使用大量计算资源，因而很少在移动终端上使用。

另一个已知的安全化技术包括使用密钥加密技术（例如借助于DES算法）来加密通信。密钥必须在分发方（习惯上称为爱丽丝（Alice））与接收方（习惯上称为鲍勃（Bob））之间共享，并且必须不能被潜在的窃听者（习惯上称为夏娃（Eve））截获。然而，该技术假定在鲍勃与爱丽丝之间事先有关于密钥的约定，但这在实际中并不总是可以实现的。此外，该密钥必须能够定期更新，而这假定了密钥自身可以安全传送。

最近已提出使用在鲍勃与爱丽丝的终端之间的无线传送信道特性，以及利用信道互易性及其高度的空间去相关性两者。更具体地，若忽略噪声，则在鲍勃与爱丽丝之间的传送信道的脉冲响应理论上要与在爱丽丝与鲍勃之间的传送信道的脉冲响应一致。相反，若夏娃的终端位于距离鲍勃的终端超过半个波长的位置处，则在爱丽丝与夏娃之间的传送信道将具有与在爱丽丝和鲍勃之间的传送信道去相关性的特性。因此，夏娃不能简单地通过窃听在爱丽丝与鲍勃之间的信道来获得密钥。最终，在爱丽丝与鲍勃之间的传送信道通常受其特性的时间变化，这在一方或另一方移动时尤为明显。密钥可能因此而经常更新，但没有任何通过传送信道另外交换的必要。

对基于传送信道特性的密钥生成方法的描述可在由N.Patwari等人发表在IEEE移动计算汇刊（IEEE Trans.on Mobile Computing）2010年第9卷第1期第17-30页中的题为“基于信道测量值的用于共享密钥生成的高速不相关比特位提取（High rate uncorrelated bit extraction for shared secret key generation from channel measurements）”的文章中找到。

然而，采用该密钥生成方法的一个主要困难就在于可能在鲍勃与爱丽丝之间缺少关于所生成密钥的约定。

事实上，首先，由于影响传送信道的噪声，在合法双方之间的传送信道并不严格一致。

此外，如果传送是TDD（时分双工）型的，那么传送信道的特性可能在由鲍勃进行信道测量的时刻与由爱丽丝进行信道测量的时刻之间已略微改变，这是有可能的。类似地，如果传送信道是FDD（频分双工）型的，那么在爱丽丝与鲍勃之间的传送信道的频率特性将有可能与反向信道的频率特性不一致。

由于因上述噪声和/或时移/频移引入的信道不对称，由鲍勃产生的密钥不一定与由爱丽丝产生的密钥一致。

由B.Azimi-Sadjadi等人发表在ACM计算机与通信安全会议论文集（Proceedings of ACM Conference on Computer and Communications Security）2007年第401-410页中的题为“无线网络中基于信号包络的强健密钥生成（Robust key generation from signal envelopes in wireless networks）”的文章提出了许多措施来达成在合法方之间关于所生成密钥的约定，尤其是用于将噪声降低到阈值以下的低通滤波器的使用，以及随后的模糊提取器的使用。

由S.Takayuki等人发表在2010 IEEE无线通信和网络会议论文集（Proceedings of 2010 IEEE Wireless Communications and Networking Conference）中的题为“根据衰减信道的密钥约定中的基于可靠性的片错误校正（Reliability based sliced error correction in secret key agreement from fading channel）”的文章提出了一种传送信道估计错误的平滑校正（smooth correction）方法，其以低比特位开始并移向高比特位，以获得一致性估计，以及在此之后的共用密钥。

然而，获得有关在上述文章中描述的共用密钥的一致性的方法实施复杂，而且在实际达成一致之前，需要频繁地在该信道的每一侧重复进行信道估计。