基于無線信道特性的密鑰提取技術(shù)研究.pdf

1、5G作為國內(nèi)外全球移動(dòng)通信領(lǐng)域新一輪技術(shù)關(guān)注的焦點(diǎn)，其對(duì)用戶的重要性明顯提升。未來網(wǎng)絡(luò)需要更高的安全性保證、支持身份/信用級(jí)別的業(yè)務(wù)安全性以及用戶對(duì)通信產(chǎn)生信任感，從而保護(hù)用戶通信過程的安全。然而5G高速、低時(shí)延和綠色的需求使得采用高復(fù)雜度的安全措施受到局限，這給無線網(wǎng)絡(luò)安全帶來巨大的挑戰(zhàn)。
　　1949年香農(nóng)在《保密系統(tǒng)的通信理論》中指出，“一次一密”是最強(qiáng)的安全系統(tǒng)，但是香農(nóng)也證明基于計(jì)算的加密措施要實(shí)現(xiàn)“一次一密”，密鑰和明

2、文的長度必須一樣長，這顯然是不現(xiàn)實(shí)的。雖然量子密碼在理論上是可以實(shí)現(xiàn)“一次一密”系統(tǒng)，但量子計(jì)算至今還沒有實(shí)現(xiàn)和商用的可能。無線信道開放的特點(diǎn)帶來了安全隱患，同時(shí)其信道的唯一性和獨(dú)特性也成為建立起新型安全機(jī)制的資源。因此，開展物理層安全技術(shù)的研究既是探索實(shí)現(xiàn)“一次一密”系統(tǒng)的新方法，也是解決5G安全需求的新途徑。
　　本文從上述研究背景出發(fā)，針對(duì)未來5G系統(tǒng)中MIMO-OFDM物理層關(guān)鍵技術(shù)，提出利用無線信道的互易性、空間變化性和

3、時(shí)間變化性進(jìn)行快速、輕重量的密鑰分發(fā)。將OFDM子載波的特征信息作為合法雙方公共隨機(jī)源以實(shí)現(xiàn)基于無線物理層的密鑰提取。
　　首先闡述了本文采用基于TDD模式下密鑰提取方案的系統(tǒng)構(gòu)成以及時(shí)序安排。其次介紹了USRP以及USRP平臺(tái)上的MIMO-OFDM通信系統(tǒng)。然后本文針對(duì)OFDM系統(tǒng)，研究了基于USRP平臺(tái)中OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)與特征信號(hào)提取，通過仿真可以發(fā)現(xiàn)利用OFDM子載波幅值的信息作為真實(shí)信道的公共隨機(jī)源是可行的。

4、　　最后本文基于OFDM子載波幅值信息探討了量化方法并進(jìn)行基于 USRP平臺(tái)信息協(xié)商的實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)雙門限量化方法的門限計(jì)算發(fā)現(xiàn)量化因子的大小與噪聲有關(guān)。在此基礎(chǔ)上本文提出單門限量化方法，并根據(jù)1比特占比率和噪聲、特征分布以及糾錯(cuò)容量確定單門限量化因子。
　　在信息協(xié)商過程中，本文采用基于糾錯(cuò)編碼實(shí)現(xiàn)密鑰一致率，該方案極大簡化了糾正不一致時(shí)的步驟，且具有很高的可行性。本文所提出方案在盡量不增大系統(tǒng)額外的開銷前提下，不僅考慮公共隨機(jī)資