基于物理层安全的电力线载波通信密钥生成方法技术

基于物理层安全的电力线载波通信密钥生成方法，解决如何提高电力线载波通信密钥生成速率及系统对噪声抵抗能力的问题，属于电力通信技术领域。本发明专利技术包括：已知节点A和B分别产生随机信号x

【技术实现步骤摘要】
基于物理层安全的电力线载波通信密钥生成方法


[0001]本专利技术涉及一种基于物理层安全的电力线载波通信密钥生成方法，属于电力通信


技术介绍

[0002]由于信道的广播特性，电力线载波通信极易受到窃听攻击。为了保障用户的隐私常常需要对数据进行加密，这就要求设计出一种安全、可靠的密钥生成/分配方法。
[0003]现有的电力线载波通信密钥分配方法主要包括：基于非对称加密的密钥分配方法，基于高速自适应传输的密钥分配方法，基于预共享密钥的密钥分配方法，分别存在以下问题：
[0004]1、计算复杂度高
[0005]基于非对称加密的密钥分配方法计算复杂度高，而电力线载波通信节点应用范围广泛，不是所有节点都能够支持非对称加密运算。
[0006]2、安全性低
[0007]虽然基于高速自适应传输的密钥分配方法计算相对简单，但密钥生成信息直接在电力线上传输，当窃听信道的质量优于主信道时，密钥生成信息极易被窃听，安全性不够高。
[0008]3、成本高，灵活性差
[0009]基于预共享密钥的密钥分配方法需要用户提前设定密钥，成本高，灵活性差，不适用于大规模网络。
[0010]基于物理层安全的密钥生成方法常用于无线通信，其依赖于信道在时域/频域/空域下的随机性、空间去相关性以及短时互易性，具有计算复杂度低，灵活性高等优点，但应用于电力线信道中存在以下问题：
[0011]1、电力线信道特性随时间变化缓慢，其时变性不能被当作随机源，密钥生成速率受限。
[0012]2、电力线信道受噪声干扰严重，密钥不一致率高，可靠性低。

技术实现思路

[0013]针对如何提高电力线载波通信密钥生成速率及系统对噪声抵抗能力的问题，本专利技术提供一种基于物理层安全的电力线载波通信密钥生成方法。
[0014]本专利技术的一种基于物理层安全的电力线载波通信密钥生成方法，包括：
[0015]S1、已知节点A和B分别产生随机信号x
A
(k)和x
B
(k)，其中x
A
(k)和x
B
(k)分别代表节点A和节点B在第k个子载波上对应的信号，且|x
A
(k)|2＝|x
B
(k)|2＝1，相位在[0,2π)内均匀分布，|
·
|表示幅值，k∈{0,1,...,N
C
‑
1}，N
C
为OFDM系统中子载波的个数；
[0016]S2、t1时刻，节点A发送随机信号x
A
(k)，节点B接收到信号y
B
(k)，得到g
B
(k)＝x
B
(k)y
B
(k)，
[0017]S3、节点B采用量化函数对g
B
(k)量化生成原始密钥K
B
，其中第k个子载波的量化阶数M(k)＝2
B(k)
，B(k)的获取过程包括：
[0018]S31、确定可用子载波集合记为S＝{0,1,
…
,N
C
‑
1}，第k个子载波上的密钥长度初始化为B(k)＝0，k∈S；
[0019]S32、根据目标密钥不一致率和信噪比R
SN
，得到不同密钥长度所对应的幅值阈值α
l
，1≤l≤L
max
，l为不同密钥长度，L
max
为OFDM系统允许的子载波最大密钥长度；
[0020]S33、确定子载波实际最大密钥长度为L＝argmax
l
(max(|H
AB
(k)|)＞α
l
)，其中H
AB
(k)表示第k个子载波的频率响应；
[0021]S34、令l＝L；
[0022]S35、确定满足条件S
l
＝{k∈S||H
AB
(k)|>α
l
}的子载波集S
l
，对满足的子载波分配密钥长度B(k)＝l，k∈S
l
；
[0023]S36、更新子载波集l＝L
‑
1，转入S35，直至l＝0，获得所有子载波对应的密钥长度B(k)；
[0024]S4、节点B对原始密钥K
B
重新调制，得到密钥信号x
K
(k)，用接收到的信号y
B
(k)对密钥信号x
K
(k)进行加密得到
[0025]S5、在t2时刻，节点B发送节点A接收到信号y
A
(k)，得到g
A
(k)＝x
A
(k)y
A
(k)；
[0026]S6、节点A采用与S3相同的方法对g
A
(k)量化，生成原始密钥K
A
。
[0027]作为优选，不同密钥长度所对应的幅值阈值α
l
：
[0028][0029]式中，Q(
·
)为高斯Q函数，ζ0、ζ1为与l有关的系数。
[0030]作为优选，S3中，量化函数为：
[0031][0032]式中，C
B
(k)为量化后的值，M(k)为第k个子载波的密钥量化阶数，q＝0,1,
…
,M(k)
‑
1，<
·
>表示相位，C
B
(k)经格雷编码，得到原始密钥K
B
。
[0033]作为优选，S4中，密钥信号x
K
(k)为：
[0034][0035]作为优选，S4中，
[0036]本专利技术的有益效果，本专利技术基于物理层安全的电力线载波通信密钥生成方法引入双向随机信号，并根据信道频率响应进行自适应量化，可在满足目标密钥不一致率的前提下提高密钥生成速率，对噪声抵抗能力强。本专利技术计算时间复杂度小于基于高速自适应传输或非对称加密的密钥分配方法。本专利技术还利用信道相频响应生成密钥，利用信道幅频响
应分配密钥长度，可在主信道与窃听信道不完全独立时提高系统安全性，且在主信道与窃听信道彼此独立的前提下其安全性不受窃听信道质量的影响。
附图说明
[0037]图1为OFDM系统的模型示意图；
[0038]图2为基于信道频率响应的自适应量化算法流程图；
[0039]图3为基于自适应量化算法的有效密钥生成速率。
具体实施方式
[0040]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于物理层安全的电力线载波通信密钥生成方法，其特征在于，所述方法包括：S1、已知节点A和B分别产生随机信号x
A
(k)和x
B
(k)，其中x
A
(k)和x
B
(k)分别代表节点A和节点B在第k个子载波上对应的信号，且|x
A
(k)|2＝|x
B
(k)|2＝1，相位在[0,2π)内均匀分布，|
·
|表示幅值，k∈{0,1,...,N
C
‑
1}，N
C
为OFDM系统中子载波的个数；S2、t1时刻，节点A发送随机信号x
A
(k)，节点B接收到信号y
B
(k)，得到g
B
(k)＝x
B
(k)y
B
(k)，S3、节点B采用量化函数对g
B
(k)量化生成原始密钥K
B
，其中第k个子载波的量化阶数M(k)＝2
B(k)
，B(k)的获取过程包括：S31、确定可用子载波集合记为S＝{0,1,
…
,N
C
‑
1}，第k个子载波上的密钥长度初始化为B(k)＝0，k∈S；S32、根据目标密钥不一致率和信噪比R
SN
，得到不同密钥长度所对应的幅值阈值α
l
，1≤l≤L
max
，l为不同密钥长度，L
max
为OFDM系统允许的子载波最大密钥长度；S33、确定子载波实际最大密钥长度为L＝argmax
l
(max(|H
AB
(k)|)＞α
l
)，其中H
AB
(k)表示第k个子载波的频率响应；S34、l＝L；S35、确定满足条件S
l
＝{k∈S||H
AB
(k)|>α
l
}的子载波集S
l
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓胜，张佳瑞，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：