一种人工干扰辅助的共享随机数生成方法技术

本发明专利技术涉及一种人工干扰辅助的共享随机数生成方法，包括：接收方向发方发送导频序列或事先约定的训练序列；发方生成源信号与人工干扰并选择源信号的发送方式，计算出接收方各天线的接收信号，进行采样量化处理，生成与各个接收方相对应的共享随机数；各接收方选择信号的接收方式，采样、量化接收信号，生成各自与发方相对应的共享随机数；发方与各接收方进行共享随机数协商，纠正双方生成的共享随机数中的不一致位，生成最终共享随机数。本发明专利技术使得通信双方在正常通信过程中，直接从接收信号中提取共享随机数，使接收方避免信道估计过程，易于与现有的通信协议结合，保证接收信号具有更好的随机性。同时通过发送人工干扰，降低了窃听方对发送信号的截获概率。

A method for generating shared random numbers assisted by artificial interference

The invention relates to a shared random number generation method, an artificial interference auxiliary includes: receiving direction party sends the pilot sequence or training sequence prior agreement; sender generated source signal and the transmission mode of artificial interference and selection of source signals, calculate the received signal of each antenna receiver, sampling quantization processing, sharing random number generation and each receiver corresponding to each receiver; receiving mode selection signal, sampling, quantization of the received signal, random number generation and sharing each side corresponding to the sender and receiver; the shared random number generated by negotiation, both sides to correct the inconsistency in the shared random number, generated random sharing the number of. The invention enables communication in normal communication process, directly from the shared random number from the received signal, so the receiver to avoid channel estimation process, easy to integrate with existing communication protocols, ensure the randomness of the received signal has better. At the same time, by sending artificial interference, the interception probability of the eavesdropper to the transmitted signal is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种人工干扰辅助的共享随机数生成方法
本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种利用人工干扰辅助的共享随机数生成方法。
技术介绍
近年来，无线通信技术发展迅速，通信安全开始成为人们关注的焦点。有线通信通过有线介质完成，利用有线介质之间物理隔离的特点大大的提高了通信的安全性。而对于无线通信来说，通信信息通过广播的形式发送出去，传输距离大、范围广，为人们通信带来方便的同时易被窃听，需要利用更加严密的安全机制确保通信安全。在现有的无线通信安全体制中，共享随机数具有极其重要的作用，事先分发的共享随机数可以作为无线终端的身份认证信息，也能够作为加密序列的生成种子。随着第五代移动通信技术的出现，无线终端的数量将呈爆炸性增长，因此需要更加安全与便捷的共享随机数分发方式。在无线通信中，发送信号在空间中进行自由传播，最终到达接收方，其传播路径是随机的，即无线信道是一种天然的随机源。而对于合法的无线通信双方来说，已有研究表明，其上下行信道具有互易性，即在相干时间内可认为信道参数不变，合法通信双方可以通过信道估计获得两者之间的信道参数。因此合法通信双方间的无线信道又具有可测性。利用无线信道的这些固有的特性提取共享随机数已经成为一个重要的研究热点。然而，目前共享随机数生成方案中，主要通过采用信道估计得到信道信息，并从中提取共享随机数，主要存在以下两个问题：一、发方拥有的天线数往往远大于接收方节点所拥有的天线数，双方拥有的信号处理能力存在着巨大差异。例如在蜂窝移动通信场景下，发方（基站）配备天线阵列（如MIMO），信道数量大幅上涨，接收方（移动台）完成大量信道估计的代价很大；二、共享随机数的更新完全依赖于自然信道的变化，当信道变化较慢时，影响共享随机数的更新速率和生成长度，降低了安全性能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种人工干扰辅助的共享随机数生成方法，使得合法通信双方在正常通信过程中，直接从发送和接收信号中提取共享随机数，使接收方避免信道估计的过程，减少对自然信道的依赖性，同时发送人工干扰降低窃听方对发送信号的截获概率，易于与现有的通信协议相结合。本专利技术通过以下技术方案实现：一种人工干扰辅助的共享随机数生成方法，包括如下步骤：步骤1、接收方向发方发送导频序列或事先约定的训练序列，发方根据导频序列或事先约定的训练序列计算自身天线与接收方天线间的信道估计值；步骤2、发方针对接收方生成待发送源信号，源信号为用于共享随机数生成的随机信号、待发送的载有业务数据或信令信息的常规通信信号、或所述随机信号与常规通信信号两者的组合；步骤3、发方根据步骤1所得信道估计值计算信道零空间，并生成人工干扰；发方选择待发送源信号的发送方式，同时发方选择全部或部分天线向接收方发送源信号，并确定该接收方接收天线上的接收信号幅度与相位；步骤4、发方同时发送源信号与人工干扰，根据步骤1中得到的信道估计值、步骤2生成的待发送源信号、步骤3选择的发送方式及事先约定的接收方信号接收方式计算接收方天线的接收信号，发方生成与接收方相对应的共享随机数；步骤5、接收方对接收信号进行采样量化处理，并生成与发方相对应的共享随机数；步骤6、发方与接收方对各自的共享随机数进行一致性协商，纠正共享随机数中的不一致位，并生成发方与接收方的最终共享随机数。还包含如下步骤：步骤7、通过返回步骤1或步骤2重新依次执行后续步骤，更新最终共享随机数。当接收方为多天线时，步骤4中发方计算接收方所有天线的接收信号，步骤5中接收方对所有天线上的接收信号进行采样量化处理。当存在多个接收方时，包括如下步骤：步骤1、各个接收方向发方发送导频序列或事先约定的训练序列，发方根据导频序列或事先约定的训练序列计算自身天线与每个接收方天线间的信道估计值；步骤2、发方针对每个接收方生成待发送源信号，源信号为用于共享随机数生成的随机信号、待发送的载有业务数据或信令信息的常规通信信号、或所述随机信号与常规通信信号两者的组合；步骤3、发方根据步骤1所得信道估计值对各接收方信道零空间生成人工干扰，选择待发送源信号的发送方式，针对每个接收方分别选择全部或部分天线发送源信号，并分别确定每个接收方所有天线上的接收信号幅度与相位；步骤4、发方同时发送源信号与人工干扰，根据步骤1中得到的信道估计值、步骤2生成的待发送源信号、步骤3选择的发送方式及事先约定的接收方信号接收方式计算每个接收方所有天线的接收信号，发方分别对计算出的每个接收方所有天线的接收信号进行采样量化处理，分别生成与各接收方相对应的共享随机数；步骤5、各个接收方对接收信号进行采样量化处理，并生成与发方相对应的共享随机数；步骤6、发方与各个接收方对各自的共享随机数进行一致性协商，纠正共享随机数中的不一致位，并生成发方与各个接收方相对应的最终共享随机数。步骤1中信道估计可采用最小二乘法，且在相干时间内完成。步骤2中可采用伪随机序列作为源信号。步骤3中信道零空间定义如下：设合法通信双方间的信道矩阵为，则零空间，其中，x表示零空间内的向量。步骤5中的采样量化处理方式可采用均匀量化方式，且量化方式为通信双方已知。步骤6中一致性协商可采用Cascade算法或Winnow算法。本专利技术与现有技术相比，具有以下明显优点：1、本专利技术利用接收方节点接收信号的随机特性进行物理层加密，在接收方节点不进行信道估计的条件下，从接收方随机信号中，直接提取共享随机数，确保共享随机数的安全性，减少传统共享随机数生成方法中接收方进行信道估计的环节，减少对自然信道的依赖性，易于控制；利用信道互易性保证共享随机数分发，利用信号本身具有的随机特性确保共享随机数安全性，相对于传统的共享随机数生成方法，针对发方与接收方资源不对等的情况下，接收方无需进行大量的信道估计运算，易于实现，为一种轻量级的加密方法。2、本专利技术共享随机数生成的通信过程可以随正常通信过程同时进行，不增加额外的通信步骤，便于与现有的通信协议相结合；生成的共享随机数安全性同时来自于自然信道的随机性及发送信号本身的随机性，即使在自然信道慢变的条件下依然可以通过人工控制随机序列的概率分布来保证生成足够长的共享随机数，保证接收信号具有更好的随机性，减少对自然信道的依赖性，方便控制。3、本专利技术在发送用于共享随机数生成的源信号的同时发送人工干扰，降低了窃听方的接收信噪比，增大了窃听难度，使生成的共享随机数的安全性更强。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2为本专利技术在接收方为多天线场景下的点对点通信方案流程示意图；图3为本专利技术在接收方为单天线场景下的点对点通信方案流程示意图；图4为本专利技术在接收方为多天线场景下的点对多点通信方案流程示意图；图5为本专利技术在接收方为单天线场景下的点对多点通信方案流程示意图。具体实施方式下面结合附图和技术方案对本专利技术作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本专利技术的实施方式，但本专利技术的实施方式并不限于此。如图1所示，本专利技术的人工干扰辅助的共享随机数生成方法如下所述。步骤1、接收方向发方发送导频序列或事先约定的训练序列，发方根据导频序列或事先约定的训练序列计算自身天线与接收方天线间的信道估计值；该信道估计值的计算可以采用现有的采用最小二乘法，且在相干时间内完成。步骤2、发方针对接收方生成待发送源信号，源信号为用于共本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工干扰辅助的共享随机数生成方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、接收方向发方发送导频序列或事先约定的训练序列，发方根据导频序列或事先约定的训练序列计算自身天线与接收方天线间的信道估计值；步骤2、发方针对接收方生成待发送源信号，源信号为用于共享随机数生成的随机信号、待发送的载有业务数据或信令信息的常规通信信号、或所述随机信号与常规通信信号两者的组合；步骤3、发方根据步骤1所得信道估计值计算信道零空间，并生成人工干扰；发方选择待发送源信号的发送方式，同时发方选择全部或部分天线向接收方发送源信号，并确定该接收方接收天线上的接收信号幅度与相位；步骤4、发方同时发送源信号与人工干扰，根据步骤1中得到的信道估计值、步骤2生成的待发送源信号、步骤3选择的发送方式及事先约定的接收方信号接收方式计算接收方天线的接收信号，发方生成与接收方相对应的共享随机数；步骤5、接收方对接收信号进行采样量化处理，并生成与发方相对应的共享随机数；步骤6、发方与接收方对各自的共享随机数进行一致性协商，纠正共享随机数中的不一致位，并生成发方与接收方的最终共享随机数。

【技术特征摘要】
1.一种人工干扰辅助的共享随机数生成方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、接收方向发方发送导频序列或事先约定的训练序列，发方根据导频序列或事先约定的训练序列计算自身天线与接收方天线间的信道估计值；步骤2、发方针对接收方生成待发送源信号，源信号为用于共享随机数生成的随机信号、待发送的载有业务数据或信令信息的常规通信信号、或所述随机信号与常规通信信号两者的组合；步骤3、发方根据步骤1所得信道估计值计算信道零空间，并生成人工干扰；发方选择待发送源信号的发送方式，同时发方选择全部或部分天线向接收方发送源信号，并确定该接收方接收天线上的接收信号幅度与相位；步骤4、发方同时发送源信号与人工干扰，根据步骤1中得到的信道估计值、步骤2生成的待发送源信号、步骤3选择的发送方式及事先约定的接收方信号接收方式计算接收方天线的接收信号，发方生成与接收方相对应的共享随机数；步骤5、接收方对接收信号进行采样量化处理，并生成与发方相对应的共享随机数；步骤6、发方与接收方对各自的共享随机数进行一致性协商，纠正共享随机数中的不一致位，并生成发方与接收方的最终共享随机数。2.根据权利要求1所述的一种人工干扰辅助的共享随机数生成方法，其特征在于：还包含如下步骤：步骤7、通过返回步骤1或步骤2重新依次执行后续步骤，更新最终共享随机数。3.根据权利要求1所述的一种人工干扰辅助的共享随机数生成方法，其特征在于：当接收方为多天线时，步骤4中发方计算接收方所有天线的接收信号，步骤5中接收方对所有天线上的接收信号进行采样量化处理。4.根据权利要求1所述的一种人工干扰辅助的共享随机数生成方法，其特征在于：当存在多个接收方时，包括如下步骤：步骤1、各个接收方向发方发送导频序列或事先约定的训练序列，发方根据导频序列或事先约定的训练序列计算自身天线与每个接收方天线间的信道估计值；步骤2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：金梁，楼洋明，钟州，
申请(专利权)人：金梁，
类型：发明
国别省市：河南,41