基于幅度取余的无线信道密钥随机性增强方法技术

本发明专利技术公开了一种基于幅度取余的无线信道密钥随机性增强方法，包括：(1)无线通信双方分别多次探测各自的信道幅度特征，并合成样本序列；(2)双方对各自的样本序列进行遍历取余运算，产生多个序列；(3)双方对各自的取余列进行随机性检验，选出符合要求的模值；(4)双方进行模值协商，计算出最适合取余的模值，双方根据此模值对原数据进行取余计算，得到取余后的信道幅度特征序列；(5)双方根据预处理后的序列数据生成各自的量化门限，再根据量化门限进行协商量化后，得到量化比特流；(6)将量化后的比特流输入到信息调和环节和隐私放大环节，得出最终的密钥。本发明专利技术可以增强密钥随机性。

Random Enhancement of Wireless Channel Key Based on Amplitude Redundancy

【技术实现步骤摘要】
基于幅度取余的无线信道密钥随机性增强方法
本专利技术涉及通信安全领域，尤其涉及一种基于幅度取余的无线信道密钥随机性增强方法。
技术介绍
随着科学技术的快速增长，通信系统安全的重要性越来越高，信息安全对社会的现实作用逐年增强。在实际无线通信中，信道具有多样性，同时双方的信道特征又具有唯一性与互易性。从无线信道中直接提取物理信息生成的密钥是一个热门的研究方向，由于无线信道的互易性，通信双方可以得到一种只有双方可知的密钥。经过十几年的发展，该技术的理论研究已日趋完善，但仍存在问题需要解决，其中比较引人注目的问题是近端窃听的问题，当窃听信道与合法信道的相关性较高时，窃听者能够获取部分合法信息，或者窃听者可以伪装成合法通信者，以及合法通信双方利用信道特征生成的密钥存在被窃听的风险等。幅度是无线信道的常用统计数据，可用作发射机和接收机之间共享的秘密信息源。使用幅度作为信道统计数据，主要是因为大多数现有的无线网卡无需任何修改，就可以在每帧的基础上进行测量。由运动和多径衰落引起的幅度随时间的变化可以被量化并用于生成密钥。这种方法可以有效应用于现有平台，但存在随机性差，生成密钥有大段的连续的0和1的问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种基于幅度取余的无线信道密钥随机性增强方法，本专利技术能够有效的提高幅度数据预处理后的随机性，提高基于幅度生成密钥的随机性，降低非法信道和合法信道的相关性。技术方案：本专利技术所述的基于幅度取余的无线信道密钥随机性增强方法包括：(1)无线通信双方分别多次探测各自的信道幅度特征，并按照时间组合成信道幅度特征样本序列；(2)无线通信双方对各自的信道幅度特征样本序列进行遍历取余运算，产生多个序列；(3)无线通信双方对各自的经过取余运算的多个序列进行随机性检验，选出符合要求的模值，所述要求具体为：该模值能够使取余后的序列在设定显著性水平下认为是随机序列，或该模值是检测返回p值最大的模值；(4)无线通信双方进行模值协商，计算出最适合取余的模值，双方根据此模值对原数据进行取余计算，得到取余后的信道幅度特征序列；(5)无线通信双方根据预处理后的序列数据生成各自的量化门限，再根据量化门限进行协商量化后，得到量化比特流；(6)将量化后的比特流输入到信息调和环节和隐私放大环节，得出最终的密钥。进一步的，所述信道幅度特征具体为接收信号强度、时频域信道冲激响应和信道幅度中任意一种。进一步的，步骤(2)中所述遍历取余运算的具体方法为：(2.1)无线通信双方获取各自信道幅度特征样本序列中的最大值，并在从0到最大值的范围内等间距取出多个点，将每个点作为取余的一个模值；(2.2)使用所述模值分别对无线通信双方各自信道幅度特征样本序列中的每个数据进行取余计算，将取余后的数据再按照时间组合起来，得到多个取余运算后的序列。进一步的，步骤(3)中选出符合要求的模值的方法具体为：(3-1)无线通信双方根据随机性检验的结果，挑选出能够使取余运算后的序列在设定显著性水平下认为是随机序列的模值；(3-2)若能够在设定显著性水平下认为是随机序列的取余运算后序列不存在，则取随机性检验返回p值最大时的取余后序列对应的模值作为符合要求的模值。进一步的，步骤(4)中模值协商的方法具体为：(4-1)无线通信一方将选出来的符合条件模值发送给无线通信另一方；(4-2)无线通另一方将接收到的模值与自身选出来的符合条件模值进行比较，挑选出两组模值中差距最小的两个数，将这两个数取平均得到最终取余的模值；(4-3)无线通另一方将最终取余的模值发送给无线通信一方。进一步的，步骤(5)中所述量化门限采用单一门限或是上下两个门限。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)本专利技术利用基于取余变换的预处理将信道探测得到的无线信道幅度特征变换为随机性较高的序列；而现有装置未对无线信道特征进行预处理，这就导致生成的密钥连续的0和1出现的非常多，导致密钥的随机性很低；(2)本专利技术利用取余处理，将非法信道和合法信道的差距经过取余后变大。非法信道和合法信道的在距离较近时相关性比较高，但是还是存在一定的差距，对数据进行取余处理之后，非法信道和合法信道的差距能够进一步被拉大，使非法信道和合法信道的相关性能够降低。附图说明图1是本专利技术的一个实施例的流程示意图；图2是取余前后合法信道和窃听信道的相关性变化图。图3是采用单门限量化时，取余前后密钥随机性的变化图；图4是采用双门限量化时，取余前后密钥随机性的变化图。具体实施方式下面结合实施例和说明书附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术方法的实施例中，基于接收信号强度取余预处理的无线信道密钥随机性增强方法提供一种增强信道特征的随机性，降低合法信道特征样本与非法信道样本间相关性的实现途径。如图1所示，本实施例具体包括以下步骤：(1)无线通信双方分别多次探测各自的信道幅度特征，并按照时间组合成信道幅度特征样本序列。其中，信道幅度特征可以为接收信号强度、时频域信道冲激响应和信道幅度中任意一种，本实施例中，定义甲和乙为通信双方，采用接收信号强度作为信道幅度特征，并定义RA和RB分别为甲和乙根据信道估计等方法探测到的接收信号强度样本序列，具体探测时采用任意方法获取皆可，不作详细介绍，(2)无线通信双方对各自的信道幅度特征样本序列进行遍历取余运算，产生多个序列。其中，遍历取余运算的具体方法为：(2.1)甲和乙获取RA和RB的最大值RAmax、RBmax，并在[0,RAmax]内等间距取出n个点mA＝[mA1,...,mAn]，步长为RAmax/n，在[0,RBmax]内等间距取出n个点mB＝[mB1,...,mBn]，步长为RBmax/n，将每个点作为取余的一个模值；(2.2)使用mA中的每个模值mAi对RA中的每个数据进行取余计算，将取余后的数据再按照时间组合起来，得到取余运算后的序列RmA＝[RmA1,...,RmAn]，RmAi表示采用模值mAi对RA中的每个数据进行取余计算后得到的序列；使用mB中的每个模值mBi对RB中的每个数据进行取余计算，将取余后的数据再按照时间组合起来，得到取余运算后的序列RmB＝[RmB1,...,RmBn]，RmBi表示采用模值mBi对RB中的每个数据进行取余计算后得到的序列。(3)无线通信双方对各自的经过取余运算的多个序列进行随机性检验，选出符合要求的模值，所述要求具体为：该模值能够使取余后的序列在设定显著性水平下认为是随机序列，或该模值是检测返回p值最大的模值。随机性检验可以采用任意随机性检验方法，本实施例中，采用游程检验，具体的，甲和乙分别对RmA和RmB内的各个RmAi和RmBi进行随机性检验，检验方法为游程检验，检验返回的结果为[hA,pA]＝[(hA1,pA1),...,(hAn,pAn)]和[hB,pB]＝[(hB1,pB1),...,(hBn,pBn)]，(hAi,pAi)和(hBi,pBi)分别表示甲和乙对每次取余结果的游程检验的返回值，pAi或pBi表示检验返回的p值，hAi或hBi表示检验结果，取值为0或1。当检验返回的pAi或pBi值大于0.05时，即可认为RmAi或RmBi在显著性水平α＝0.05下是随机序列，此时hAi或hBi为0，否则hAi或hBi为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于幅度取余的无线信道密钥随机性增强方法，其特征在于包括：(1)无线通信双方分别多次探测各自的信道幅度特征，并按照时间组合成信道幅度特征样本序列；(2)无线通信双方对各自的信道幅度特征样本序列进行遍历取余运算，产生多个序列；(3)无线通信双方对各自的经过取余运算的多个序列进行随机性检验，选出符合要求的模值，所述要求具体为：该模值能够使取余后的序列在设定显著性水平下认为是随机序列，或该模值是检测返回p值最大的模值；(4)无线通信双方进行模值协商，计算出最适合取余的模值，双方根据此模值对原数据进行取余计算，得到取余后的信道幅度特征序列；(5)无线通信双方根据预处理后的序列数据生成各自的量化门限，再根据量化门限进行协商量化后，得到量化比特流；(6)将量化后的比特流输入到信息调和环节和隐私放大环节，得出最终的密钥。

【技术特征摘要】
1.一种基于幅度取余的无线信道密钥随机性增强方法，其特征在于包括：(1)无线通信双方分别多次探测各自的信道幅度特征，并按照时间组合成信道幅度特征样本序列；(2)无线通信双方对各自的信道幅度特征样本序列进行遍历取余运算，产生多个序列；(3)无线通信双方对各自的经过取余运算的多个序列进行随机性检验，选出符合要求的模值，所述要求具体为：该模值能够使取余后的序列在设定显著性水平下认为是随机序列，或该模值是检测返回p值最大的模值；(4)无线通信双方进行模值协商，计算出最适合取余的模值，双方根据此模值对原数据进行取余计算，得到取余后的信道幅度特征序列；(5)无线通信双方根据预处理后的序列数据生成各自的量化门限，再根据量化门限进行协商量化后，得到量化比特流；(6)将量化后的比特流输入到信息调和环节和隐私放大环节，得出最终的密钥。2.根据权利要求1所述的基于幅度取余的无线信道密钥随机性增强方法，其特征在于：所述信道幅度特征具体为接收信号强度、时频域信道冲激响应和信道幅度中任意一种。3.根据权利要求1所述的基于幅度取余的无线信道密钥随机性增强方法，其特征在于：步骤(2)中所述遍历取余运算的具体方法为：(2.1)无线通信双方获取各自信道幅度特征样本序列中的最大值，并在从0到最大值的范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：李古月，杨海誉，何川，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32