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)外全球移動通信領(lǐng)域新一輪技術(shù)關(guān)注的焦點，其對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/信用級別的業(yè)務安全性以及用戶對通信產(chǎn)生信任感，從而保護用戶通信過程的安全。然而5G高速、低時延和綠色的需求使得采用高復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”是最強的安全系統(tǒng)，但是香農(nóng)也證明基于計算的加密措施要實現(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)實的。雖然量子密碼在理論上是可以實現(xiàn)“一次一密”系統(tǒng)，但量子計算至今還沒有實現(xiàn)和商用的可能。無線信道開放的特點帶來了安全隱患，同時其信道的唯一性和獨特性也成為建立起新型安全機制的資源。因此，開展物理層安全技術(shù)的研究既是探索實現(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、時間變化性進行快速、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源以實現(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)成以及時序安排。其次介紹了USRP以及USRP平臺上的MIMO-OFDM通信系統(tǒng)。然后本文針對OFDM系統(tǒng)，研究了基于USRP平臺中OFDM系統(tǒng)的信道估計與特征信號提取，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信道的公共隨機源是可行的。

4、　　最后本文基于OFDM子載波幅值信息探討了量化方法并進行基于 USRP平臺信息協(xié)商的實現(xiàn)。通過對雙門限量化方法的門限計算發(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，本文采用基于糾錯編碼實現(xiàn)密鑰一致率，該方案極大簡化了糾正不一致時的步驟，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，不僅考慮公共隨機資