一種無線信道物理層密鑰協(xié)商與不一致比特去除方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種無線信道物理層密鑰協(xié)商與不一致比特去除方法，具體方法為：基于糾錯編碼去除無線通信雙方的不一致比特，通過非交互的方式完成密鑰協(xié)商工作，利用與校驗位相獨立的隨機(jī)比特序列來盲化在公共信道傳輸?shù)男ｒ炍?。通過這種方法，通信雙方能夠以非交互的方式，在不泄露關(guān)于所生成密鑰任何信息的情況下完成信息協(xié)商過程，使得雙方獲得完全一致的秘密隨機(jī)比特序列。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種無線信道物理層密鑰協(xié)商與不一致比特去除方法
本專利技術(shù)涉及一種無線信道物理層密鑰協(xié)商與不一致比特去除方法，特別是涉及一種非交互式無線信道物理層密鑰協(xié)商與不一致比特去除方法。
技術(shù)介紹
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線通信技術(shù)正在以不同的方式改變著世界。與傳統(tǒng)的有線通信相比，無線通信具有部署方便、不受地形和障礙物的限制、作用范圍更大等優(yōu)點，使得無線通信的使用范圍越來越廣。但是正是由于其開放的特性，使得無線通信比有線通信更容易受到攻擊，其安全性也愈發(fā)受到人們的關(guān)注。理論和實驗已經(jīng)表明，無線信道具有互易性、時變性和空變性等特點，合法雙方可以利用無線信道的這些特點尋求實現(xiàn)安全通信的解決方案?；ヒ仔裕焊鶕?jù)電磁波的傳播特性，無線通信雙方在相干時間內(nèi)，發(fā)射信號和接收信號經(jīng)歷相同的衰落，當(dāng)沒有非線性元件的兩個天線發(fā)射相同的信號時，兩個天線將會得到相同的輸出。時變性：電磁波在自由空間中傳播，會受到信道衰減、多徑衰落以及收發(fā)雙方的相對運動等因素的影響，導(dǎo)致無線信道的特性是時變的，并且這種變化趨勢具有不可預(yù)測性?？兆冃裕翰煌瑫r間、不同空間位置的無線信道特征是唯一的，不可復(fù)制。在無線信道中，由于受到散射等因素的影響，使得信號將沿不同的路徑從一個位置到達(dá)另一個位置。特別地，在多徑豐富的無線環(huán)境中，距離合法雙方半個波長之外的竊聽方的信道觀察和合法雙方的信道觀察是統(tǒng)計獨立的。基于無線信道的這些特點，無線信道可以作為一個公共隨機(jī)源，并且這個公共隨機(jī)源獨立于竊聽信道。當(dāng)合法雙方以時分雙工(TimeDivisionDuplex，TDD)方式對無線信道進(jìn)行探測時，無線信道的時變性使得合法雙方能夠生成具有“噪聲”性質(zhì)的真隨機(jī)的密鑰；無線信道的互易性使得雙方能夠生成相同的比特序列作為后續(xù)安全通信的密鑰；而無線信道的空變性能夠?qū)崿F(xiàn)密鑰分發(fā)過程的“物理安全性”。因此，合法雙方可以利用無線信道的這些特點生成共享密鑰，從而實現(xiàn)安全通信的目標(biāo)。目前，針對不同的信道特征，各種實際的密鑰生成方案相繼被提出。在這些方案中密鑰生成的主要流程是：合法通信雙方Alice和Bob首先在相干時間內(nèi)完成對無線信道的雙向探測，選取合適的信道參數(shù)，如信道響應(yīng)幅度、相位等，在接收信號中對選定的信道參數(shù)進(jìn)行測量，然后對其進(jìn)行量化，得到用于生成共享密鑰的初始比特序列Ka和Kb。由于無線信道的半雙工特性、合法雙方收發(fā)設(shè)備硬件的差別、本地噪聲以及量化誤差等因素的影響，使得雙方的初始比特序列不可能完全一致，雙方必須通過恰當(dāng)?shù)拿荑€協(xié)商方法得到完全一致的比特串并驗證。最后通過保密增強(qiáng)方法進(jìn)一步增強(qiáng)密鑰的隨機(jī)性，最終得到用于安全通信的密鑰。現(xiàn)有的密鑰協(xié)商方法由于需要通信雙方交互一部分校驗信息進(jìn)行密鑰協(xié)商來提高密鑰的一致性，然而，由于這部分信息通過公開信道傳輸，一定會泄露秘密比特序列的一部分信息，這有助于竊聽者猜測密鑰序列。所以，現(xiàn)有的物理層密鑰協(xié)商方案存在較大的安全風(fēng)險。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種安全性更高、非交互式、且沒有熵?fù)p失的無線信道物理層密鑰協(xié)商與不一致比特去除的方法。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：一種無線信道物理層密鑰協(xié)商與不一致比特去除方法，具體方法為：基于糾錯編碼去除無線通信雙方的不一致比特，通過非交互的方式完成密鑰協(xié)商工作，利用與校驗位相獨立的隨機(jī)比特序列來盲化在公共信道傳輸?shù)男ｒ炍?。通過這種方法，通信雙方能夠以非交互的方式，在不泄露關(guān)于所生成密鑰任何信息的情況下完成信息協(xié)商過程，使得雙方獲得完全一致的秘密隨機(jī)比特序列。糾錯編碼(errorcorrectingcode)，是在接收端能自動地糾正數(shù)據(jù)傳輸中所發(fā)生差錯的編碼算法。糾錯碼的基本思想是在所有的由發(fā)送符號組成的序列中，僅挑出其中一部分做為信息的代表向信道發(fā)送，并使得所挑出的這些序列之間有盡可能多的差異。每個被挑出的允許發(fā)送的序列被稱為一個碼字，而碼字的總合稱為碼。在發(fā)送端把信息變換成碼字的過程稱為編碼；在接收端從接收到的信號判定所發(fā)碼字、從而恢復(fù)信息的過程稱為解碼(或譯碼)。在解碼時，若收到的信號不是碼中的一個碼字，則可以肯定在傳輸中出現(xiàn)了差錯，從而著手對差錯進(jìn)行糾正。糾錯的方法是找到與接收到的信號最接近的碼字，并將其判定為發(fā)送信號。一般采用“距離”來度量信號間的接近程度，一種常用的“距離”稱為漢明距離，它被定義為兩碼字間對應(yīng)位不同的個數(shù)總和。一個給定碼，其全部碼字兩兩之間距離的最小值被稱為這個碼的碼距。碼距是一個碼糾錯能力的重要參數(shù)，例如在漢明距離下，若接收到的信號出錯的位數(shù)不多于碼距的一半，則接收端總能正確地恢復(fù)所發(fā)送的碼字，從而正確地恢復(fù)所發(fā)送的信息。線性分組碼：在構(gòu)造糾錯碼時，若碼元間的關(guān)系為線性關(guān)系，則稱之為線性碼。在編碼時，將輸入信息分成k位一組以進(jìn)行編碼，若編出的校驗位僅與本組的信息位有關(guān)，則稱這樣的碼為分組碼。典型的分組碼是由k位信息位和(n-k)位校驗位組成的，這樣構(gòu)成的碼一般稱為系統(tǒng)碼，其中n為碼長。線性分組碼系統(tǒng)碼的生成矩陣G具有[Ik,P]的形式，其中，Ik是k階單位矩陣，P是k行(n-k)列矩陣，而相應(yīng)的校驗矩陣H具有[[PT,In-k]]的形式，其中In-k是(n-k)階單位矩陣，PT是P的轉(zhuǎn)置矩陣。包括初始化過程、通信一方生成并發(fā)送校驗位的過程和通信另一方收到校驗位后進(jìn)行不一致比特去除的過程；其中，初始化過程中，選取糾錯編碼算法及與其相對應(yīng)的密碼算法，及其生成矩陣和校驗矩陣；通信一方生成并發(fā)送校驗位的過程中，通信一方將其隨機(jī)比特序列切分為短的比特序列后，將切分的短的比特序列與糾錯編碼算法的生成矩陣相乘得到校驗位；將得到的校驗位進(jìn)行盲化后發(fā)送給通信另一方；通信另一方收到校驗位后進(jìn)行不一致比特去除的過程中，通信另一方將校驗位去盲化，將其隨機(jī)比特序列切分為短的比特序列，并將去盲化后的校驗位切分為短的比特序列；通信另一方利用對去盲化后的校驗位切分或短的比特序列作為校正字，基于所述相對應(yīng)的密碼算法和所述校驗矩陣，對通信另一方隨機(jī)比特序列切分后的短的比特序列進(jìn)行譯碼，得到密鑰塊；將得到的密鑰塊按順序串接得到所述通信一方的隨機(jī)比特序列，作為通信雙方的后續(xù)安全通信的密鑰。初始化過程的具體方法為：選取碼長為n且信息位長為k的(n,k)糾錯編碼算法(此算法可以選用任何糾錯編碼算法)，包括編碼算法E(·)和譯碼算法D(·)；令被編碼的信息為k比特長的X，則編碼算法En,k(X)輸出一個比特長度為n的碼字{X,S}，其中S是比特長度為n-k的校驗位，則編碼算法表示為E(·):En,k(X)→{X,S}，相應(yīng)的譯碼算法為其中為碼字，X為譯碼結(jié)果；同時，令糾錯編碼算法的生成矩陣為G＝[Ik,P]，校驗矩陣為H＝[PT,In-k]；其中，Ik是k階單位矩陣，P是k行(n-k)列矩陣；In-k是(n-k)階單位矩陣，PT是P的轉(zhuǎn)置矩陣；合法通信雙方在相干時間內(nèi)完成對無線信道的雙向探測，選取包括信道響應(yīng)幅度和相位的信道參數(shù)，在接收信號中對選定的信道參數(shù)進(jìn)行測量并進(jìn)行量化，得到用于生成共享密鑰的初始比特序列Ka和Kb；即通信一方獲得的比特序列Ka＝K||ω，通信另一方獲得的比特序列Kb＝K′||ω′，其中符號“||”表示比特序列按序串接，比特序列K和K′的比特長度均為N，而且N是k的整數(shù)倍，即l本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種無線信道物理層密鑰協(xié)商與不一致比特去除方法，具體方法為：基于糾錯編碼去除無線通信雙方的不一致比特，通過非交互的方式完成密鑰協(xié)商工作，利用與校驗位相獨立的隨機(jī)比特序列來盲化在公共信道傳輸?shù)男ｒ炍弧?

【技術(shù)特征摘要】
2016.12.07 CN 20161111292501.一種無線信道物理層密鑰協(xié)商與不一致比特去除方法，具體方法為：基于糾錯編碼去除無線通信雙方的不一致比特，通過非交互的方式完成密鑰協(xié)商工作，利用與校驗位相獨立的隨機(jī)比特序列來盲化在公共信道傳輸?shù)男ｒ炍弧?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括初始化過程、通信一方生成并發(fā)送校驗位的過程和通信另一方收到校驗位后進(jìn)行不一致比特去除的過程；其中，初始化過程中，選取糾錯編碼算法及與其相對應(yīng)的密碼算法，及其生成矩陣和校驗矩陣；通信一方生成并發(fā)送校驗位的過程中，通信一方將其隨機(jī)比特序列切分為短的比特序列后，將切分的短的比特序列與糾錯編碼算法的生成矩陣相乘得到校驗位；將得到的校驗位進(jìn)行盲化后發(fā)送給通信另一方；通信另一方收到校驗位后進(jìn)行不一致比特去除的過程中，通信另一方將校驗位去盲化，將其隨機(jī)比特序列切分為短的比特序列，并將去盲化后的校驗位切分為短的比特序列；通信另一方利用對去盲化后的校驗位切分或短的比特序列作為校正字，基于所述相對應(yīng)的密碼算法和所述校驗矩陣，對通信另一方隨機(jī)比特序列切分后的短比特序列進(jìn)行譯碼，得到密鑰塊；將得到的密鑰塊按順序串接得到所述通信一方的隨機(jī)比特序列，作為通信雙方的后續(xù)安全通信的密鑰。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，初始化過程的具體方法為：選取碼長為n且信息位長為k的(n,k)糾錯編碼算法，包括編碼算法E(·)和譯碼算法D(·)；令被編碼的信息為k比特長的X，則編碼算法En,k(X)輸出一個比特長度為n的碼字{X,S}，其中S是比特長度為n-k的校驗位，則編碼算法表示為E(·):En,k(X)→{X,S}，相應(yīng)的譯碼算法為其中為碼字，X為譯碼結(jié)果；同時，令糾錯編碼算法的生成矩陣為G＝[Ik,P]，校驗矩陣為H＝[PT,In-k]；其中，Ik是k階單位矩陣，P是k行(n-k)列矩陣；In-k是(n-k)階單位矩陣，PT是P的轉(zhuǎn)置矩陣；合法通信雙方在相干時間內(nèi)完成對無線信道的雙...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：湯殿華，呂錫香，張文政，趙偉，趙陽，
申請(專利權(quán))人：中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51