[发明专利]一种无线信道物理层密钥协商与不一致比特去除方法

说明书

本发明提供了一种无线信道物理层密钥协商与不一致比特去除方法，具体方法为：基于纠错编码去除无线通信双方的不一致比特，通过非交互的方式完成密钥协商工作，利用与校验位相独立的随机比特序列来盲化在公共信道传输的校验位。通过这种方法，通信双方能够以非交互的方式，在不泄露关于所生成密钥任何信息的情况下完成信息协商过程，使得双方获得完全一致的秘密随机比特序列。

技术领域

本发明涉及一种无线信道物理层密钥协商与不一致比特去除方法，特别是涉及一种非交互式无线信道物理层密钥协商与不一致比特去除方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的迅猛发展，无线通信技术正在以不同的方式改变着世界。与传统的有线通信相比，无线通信具有部署方便、不受地形和障碍物的限制、作用范围更大等优点，使得无线通信的使用范围越来越广。但是正是由于其开放的特性，使得无线通信比有线通信更容易受到攻击，其安全性也愈发受到人们的关注。

理论和实验已经表明，无线信道具有互易性、时变性和空变性等特点，合法双方可以利用无线信道的这些特点寻求实现安全通信的解决方案。

互易性：根据电磁波的传播特性，无线通信双方在相干时间内，发射信号和接收信号经历相同的衰落，当没有非线性元件的两个天线发射相同的信号时，两个天线将会得到相同的输出。

时变性：电磁波在自由空间中传播，会受到信道衰减、多径衰落以及收发双方的相对运动等因素的影响，导致无线信道的特性是时变的，并且这种变化趋势具有不可预测性。

空变性：不同时间、不同空间位置的无线信道特征是唯一的，不可复制。在无线信道中，由于受到散射等因素的影响，使得信号将沿不同的路径从一个位置到达另一个位置。特别地，在多径丰富的无线环境中，距离合法双方半个波长之外的窃听方的信道观察和合法双方的信道观察是统计独立的。

基于无线信道的这些特点，无线信道可以作为一个公共随机源，并且这个公共随机源独立于窃听信道。当合法双方以时分双工(Time Division Duplex，TDD)方式对无线信道进行探测时，无线信道的时变性使得合法双方能够生成具有“噪声”性质的真随机的密钥；无线信道的互易性使得双方能够生成相同的比特序列作为后续安全通信的密钥；而无线信道的空变性能够实现密钥分发过程的“物理安全性”。因此，合法双方可以利用无线信道的这些特点生成共享密钥，从而实现安全通信的目标。

目前，针对不同的信道特征，各种实际的密钥生成方案相继被提出。在这些方案中密钥生成的主要流程是：合法通信双方Alice和Bob首先在相干时间内完成对无线信道的双向探测，选取合适的信道参数，如信道响应幅度、相位等，在接收信号中对选定的信道参数进行测量，然后对其进行量化，得到用于生成共享密钥的初始比特序列K_a和K_b。由于无线信道的半双工特性、合法双方收发设备硬件的差别、本地噪声以及量化误差等因素的影响，使得双方的初始比特序列不可能完全一致，双方必须通过恰当的密钥协商方法得到完全一致的比特串并验证。最后通过保密增强方法进一步增强密钥的随机性，最终得到用于安全通信的密钥。

现有的密钥协商方法由于需要通信双方交互一部分校验信息进行密钥协商来提高密钥的一致性，然而，由于这部分信息通过公开信道传输，一定会泄露秘密比特序列的一部分信息，这有助于窃听者猜测密钥序列。所以，现有的物理层密钥协商方案存在较大的安全风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种安全性更高、非交互式、且没有熵损失的无线信道物理层密钥协商与不一致比特去除的方法。

本发明采用的技术方案如下：一种无线信道物理层密钥协商与不一致比特去除方法，具体方法为：基于纠错编码去除无线通信双方的不一致比特，通过非交互的方式完成密钥协商工作，利用与校验位相独立的随机比特序列来盲化在公共信道传输的校验位。