[发明专利]无线通信基于角度可调相位保护带的密钥生成方法

说明书

本发明公开了基于无线物理层领域的相位保护带密钥生成方法，该方案可以自动调节相位保护带角度的大小。相位保护带的角度可调节特征体现在当信道冲激响应估计值的模较小时，相位保护带较大，以避免因模值较小时信道易受噪声的干扰的问题；而当估计值逐渐增大时，由于信道抗噪声性能增强，相位保护带相应变小，以避免因相位保护带的存在而造成相位信息的损失。本发明可在较小的相位信息损失条件下，达到较高的密钥一致性；且在密钥一致性率固定的条件下，可以获取更长的密钥长度和更大的密钥容量。

技术领域

本发明涉及无线通信中的物理层安全技术领域，具体涉及一种无线通信基于角度可调相位保护带的密钥生成方法，利用无线通信TDD模式下上下行信道的互易性，提取信道估计中的相位信息并引入角度可调节相位保护带，生成密钥以达到安全通信的目的。

背景技术

物理层安全作为上层安全的补充，是基于信息理论的安全，它的本质是无条件的保密要求，即窃听方窃取了加密的密码后不能获取任何保密信息。

物理层安全的一个关键技术是密钥机制,利用无线信道特征生成密钥已经成为目前研究的热点。根据常见的信道特征，密钥生成方法主要有基于幅值信息和基于相位信息两类。由于信道的相位系数通常服从均匀分布，而幅值的测量或估计并不是均匀分布，所以基于相位的密钥生成方法相比幅值方法会有更大的保密熵，即密钥随机性更好。

目前，基于相位的密钥生成方法或未采用相位保护带方案，或采用固定角度的相位保护带方案，这些方案引入了较多不可靠的相位信息，从而会降低密钥的一致率，同时造成更多的相位信息损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种无线通信基于角度可调相位保护带的密钥生成方法，从信道冲激响应估计值中提取出幅度信息和相位信息，并依据这些信息删除不可靠的数据点，以实现密钥一致性的增强。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无线通信基于角度可调相位保护带的密钥生成方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，信道估计：通信双方对接收到的信号进行计算，得到信道冲激响应估计值；

步骤S2，密钥协商：通信双方以信道冲激响应估计值作为初始密钥向量对，并经过以下三个步骤生成最终的密钥：

(1)对得到的信道冲激响应估计值进行幅值归一化处理；

(2)选取幅度阈值，对初始密钥向量对中每对数据点进行判断，当数据点的幅值小于等于幅度阈值时，从初始密钥向量对中舍弃这些数据点；

(3)定义相位保护带区域和量化区域，依据每对数据点的幅值和相位信息确定该数据点落入哪一个区域，若是落入相位保护带区域则舍弃这些数据点，若是落入量化区域，则对数据点进行量化生成最终的密钥；

步骤S3，密钥验证：比较通信双方生成的最终密钥对，只有当密钥对中每对数据点落入同一量化区域，则判断是一致密钥对；否则，判为不一致密钥对。

进一步的，步骤S1中，对接收到的信号采用最小二乘法对信道频率响应进行估计，再进行IDFT，得到信道冲激响应估计值。

进一步的，归一化处理采用min-max标准化方法。

进一步的，量化区域的定义为：首先根据量化级数M将单位圆M等分，每一部分再作角度平分线，以角平分线与半径为幅度阈值的圆的交点为顶点，分别向两侧张开角度，与单位圆分别交于两点，该区域即为量化区域；

相位保护带区域为相位区域中除去量化区域后的区域，相位区域，即单位圆内去除以幅度阈值为半径的圆的区域。

进一步的，假设R为一冲激响应估计值的幅值，θ为幅值为R时的量化临界角度，当相位值小于θ时，则落入量化区域，当相位值大于θ时，则落入相位保护带区域；