基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法和设备技术

本申请涉及一种基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法和设备。所述方法包括：由探测端通过直接信道和随机信道向量化端发送包括多个不同频率子载波的探测信号，随机信道是通过控制器控制智能反射面对各个子载波的相位偏移值形成的。由量化端进行信道估计得到各子载波的相位偏移值，进而得到探测端和量化端在当前通信中使用的密钥数据。本申请利用智能反射面可动态配置对入射信号的相位偏移值的特性，改变探测信号中各个子载波的相位，使静态或准静态的节点间的信道出现状态变化，使通过信道估计提取的序列能够满足密钥的要求。此外IRS使用灵活，能够很容易地部署在各种位置，可增强其应用的灵活性和环境适应性，降低系统成本。

Wireless channel key generation method and equipment based on Intelligent reflector phase assistance

【技术实现步骤摘要】
基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法和设备
本申请涉及无线通信信道加密
，特别是涉及一种基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法和设备。
技术介绍
无线信道的时变性、空时唯一性以及短时互易性等特点使得其可以作为天然的随机源，收发双方可以通过无线信道特征提取密钥，并实现“一次一密”。对于移动通信节点，收发双方任意节点在信道探测过程中可以通过不断移动位置改变相应的信道特征探测。然而，这种无线信道密钥提取方式的有效性取决于无线信道的状态变化，因此在静态环境或者准静态(信道时变性不强)下，提取到的密钥会呈现连续的0或者1序列，会由于缺乏随机性且容易被窃听者预测，这些序列很难作为加密密钥。为解决这一问题，可以通过可控阵列天线发送和接收探测信号，进而进行密钥提取，但这种方案的成本太高，因此其应用受到很大的限制。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种适用于各种应用环境的静态或准静态节点一种基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法和设备。一种基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法，包括：由探测端通过信道向量化端发送包括多个不同频率子载波的探测信号。信道包括直接信道和随机信道，随机信道是通过智能反射面形成的，智能反射面通过控制器控制对各个子载波的相位偏移值。由量化端对信道进行信道估计，得到各个子载波的相位偏移值，根据相位偏移值得到探测端和量化端在当前通信中使用的密钥数据。其中一个实施例中，智能反射面通过控制器控制对各个子载波的相位偏移值的方式包括：当收到入射信号时，基于随机过程设置智能反射面对不同频率信号的相位偏移值。其中一个实施例中，根据相位偏移值得到探测端和量化端在当前通信中使用的密钥数据的步骤包括：按照预设的密钥位数将相位偏移值的取值区间划分为相等的子区间，并根据预设的编码规则得到各个子区间对应的子区间编码。根据各个子载波的相位偏移值得到对应的子区间编码，根据各个子区间编码的集合得到探测端和量化端在当前通信中使用的密钥数据。其中一个实施例中，密钥数据的获取方式包括：根据第i个子载波经过智能反射面的M个反射单元后的相位变化得到随机参数为：其中，αi,1,αi,2,...αi,M∈[0,2π]，αi,k表示第i个子载波经过智能反射面的第k个反射单元后的相位变化，1≤k≤M。根据随机参数得到子载波对应的子区间编码集合，根据各个子载波对应的子区间编码集合，得到探测端和所述量化端在当前通信中使用的密钥数据。其中一个实施例中，所述方法还包括：探测端和量化端之间使用Cascade协议校正密钥数据中不一致的比特。其中一个实施例中，使用Cascade协议校正密钥数据中不一致的比特时，使用Hash函数对信息协商过程进行保密增强。一种基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成设备，包括探测端、智能反射面和量化端。探测端用于通过信道向量化端发送包括多个不同频率子载波的探测信号。信道包括直接信道和随机信道，随机信道是通过智能反射面形成的。智能反射面用于根据预设的相位偏移值设置规则，通过控制器控制对对各个子载波的相位偏移值，将探测信号经过相位偏移后反射至量化端。量化端用于对信道进行信道估计，得到各个子载波的相位偏移值，根据相位偏移值得到探测端和量化端在当前通信中使用的密钥数据。一种基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成装置，包括：探测信号发送模块，用于在探测端通过信道向量化端发送包括多个不同频率子载波的探测信号。信道包括直接信道和随机信道，随机信道是通过智能反射面形成的，智能反射面通过控制器控制对各个子载波的相位偏移值。密钥数据获取模块，用于在量化端对信道进行信道估计，得到各个子载波的相位偏移值，根据相位偏移值得到探测端和量化端在当前通信中使用的密钥数据。一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：由探测端通过信道向量化端发送包括多个不同频率子载波的探测信号。信道包括直接信道和随机信道，随机信道是通过智能反射面形成的，智能反射面通过控制器控制对各个子载波的相位偏移值。由量化端对信道进行信道估计，得到各个子载波的相位偏移值，根据相位偏移值得到探测端和量化端在当前通信中使用的密钥数据。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：由探测端通过信道向量化端发送包括多个不同频率子载波的探测信号。信道包括直接信道和随机信道，随机信道是通过智能反射面形成的，智能反射面通过控制器控制对各个子载波的相位偏移值。由量化端对信道进行信道估计，得到各个子载波的相位偏移值，根据相位偏移值得到探测端和量化端在当前通信中使用的密钥数据。与现有技术相比，上述基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法、设备、装置、计算机设备和存储介质，由探测端通过信道向量化端发送包括多个不同频率子载波的探测信号。信道包括直接信道和随机信道，随机信道是通过智能反射面形成的，智能反射面通过控制器控制对各个子载波的相位偏移值。由量化端对信道进行信道估计，得到各个子载波的相位偏移值，根据相位偏移值得到探测端和量化端在当前通信中使用的密钥数据。本申请利用智能反射面(IRS)可以动态配置其平面阵列中各个元素对入射信号的相位偏移值的特性，根据需要改变探测端发送的探测信号中各个子载波的相位，使静态或准静态的节点之间的信道出现状态变化，使得通过信道估计提取到的序列能够满足作为密钥的要求。此外，由于IRS的使用非常灵活，能够很容易地部署在各种位置，可以极大的增强其应用的灵活性和环境适应性，降低系统成本。附图说明图1为一个实施例中基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法的应用场景图；图2为一个实施例中基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法的步骤图；图3为一个实施例中M＝2时量化端B的相位量化示意图；图4为不同方案的密钥容量曲线图；图5为基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成设备在不同IRS反射单元个数时密钥容量曲线图；图6不同方案的密钥生成率曲线图；图7基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成设备在不同IRS反射单元个数时的密钥生成率曲线图；图8不同方案的密钥不一致率曲线图；图9基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成设备在不同IRS反射单元个数时的密钥不一致率曲线图；图10为一个实施例中计算机设备的内部结构图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。本申请针对静态信道中密钥提取问题，基于智能反射面的优点提出了一种基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法，能够有效保证静态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法，其特征在于，所述方法包括：/n由探测端通过信道向量化端发送包括多个不同频率子载波的探测信号；所述信道包括直接信道和随机信道，所述随机信道是通过智能反射面形成的，所述智能反射面通过控制器控制对各个所述子载波的相位偏移值；/n由所述量化端对所述信道进行信道估计，得到各个所述子载波的相位偏移值，根据所述相位偏移值得到所述探测端和所述量化端在当前通信中使用的密钥数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于智能反射面相位辅助的无线信道密钥生成方法，其特征在于，所述方法包括：
由探测端通过信道向量化端发送包括多个不同频率子载波的探测信号；所述信道包括直接信道和随机信道，所述随机信道是通过智能反射面形成的，所述智能反射面通过控制器控制对各个所述子载波的相位偏移值；
由所述量化端对所述信道进行信道估计，得到各个所述子载波的相位偏移值，根据所述相位偏移值得到所述探测端和所述量化端在当前通信中使用的密钥数据。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，智能反射面通过控制器控制对各个所述子载波的相位偏移值的方式包括：
当收到入射信号时，基于随机过程设置所述智能反射面对不同频率信号的相位偏移值。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述相位偏移值得到所述探测端和所述量化端在当前通信中使用的密钥数据的步骤包括：
按照预设的密钥位数将相位偏移值的取值区间划分为相等的子区间，并根据预设的编码规则得到各个子区间对应的子区间编码；
根据各个子载波的相位偏移值得到对应的子区间编码，根据各个子区间编码的集合得到所述探测端和所述量化端在当前通信中使用的密钥数据。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，密钥数据的获取方式包括：
根据第i个子载波经过智能反射面的M个反射单元后的相位变化得到随机参数为：



其中，αi,1,αi,2,...αi,M∈[0,2π]，αi,k表示第i个子载波经过智能反射面的第k个反射单元后的相位变化，1≤k≤M；
根据所述随机参数得到子载波对应的子区间编码集合，根据各个子载波对应的子区间编码集合，得到所述探测端和所述量化端在当前通信中使用的密钥数据。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述探...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷菁，鲁信金，刘伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32