基于无线信道特征的群密钥生成研究与应用

发布时间：2020-06-19 17:24

【摘要】：随着车联网、移动自组织网络的出现,多节点无线通信得到了广泛的应用。不同于传统基于计算复杂度的密钥生成机制,基于无线信道特征的密钥生成机制主要利用无线信道的互易性、唯一性和时变性来生成密钥,计算复杂度低,是实现香农“一次一密”的完美保密方案,更加适用于资源受限的网络。由于群组网络拓扑结构的复杂性,群密钥生成相对于点对点成对密钥生成,面临更多的挑战。本文基于环型拓扑和全网状拓扑,对物理层群密钥生成方案进行研究,主要内容如下:一,研究了信道探测过程。本文针对现有群组信道探测方案中,节点可用探测时长随群组规模增大而减小的问题,利用双天线,设计了一个模拟全双工通信的“两步”信道探测方案,此方案下节点可用探测时长不受群组规模影响。仿真表明,在总功率约束下,当群组规模较大时,所提方案能够带来比现有群组探测方案更高的群密钥速率。二,研究了物理层群密钥分配过程。本文分析了现有群密钥分配方案的优缺点,并提出了传输效率更高的“一次一密”双向二分段密钥传输方案。理论推导证明,所提方案能够达到群密钥安全容量。三,研究了成对密钥速率对群密钥速率的影响。本文指出当成对密钥速率高于“初始”群密钥速率时,部分成对密钥对群密钥的生成没有贡献,并根据最大利用成对密钥的原则,设计了基于粒子群优化算法的功率分配方案,仿真结果证明了所提方案的有效性。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U495;TN918.4
【图文】：

无线通信信道具有空时唯一性、短时互易性、快速时变性和不可逡逑测性等特点。在点对点通信系统下，通信双方基于无线信道特征生成的成对密逡逑能够直接满足无条件安全通信的两个条件。然而，在多节点的群组通信系统中，逡逑需要根据群组形成的网络拓扑结构设计合适的群密钥分配方案，以实现群密钥逡逑安全共享。逡逑物理层群密钥的生成流程如图２－２，主要可以分为两个阶段，第一个阶段是逡逑对密钥生成，通过信道特征提取、量化、密钥协商和保密增强四个过程，生成逡逑对点的成对密钥。第二个阶段是群密钥分配，使群组各节点安全获取到统一的逡逑密钥。逡逑．１成对密钥生成逡逑成对密钥生成主要包括四个步骤，即信道特征提取、量化、密钥协商和保密逡逑强。具体如下：逡逑第一步，合法节点进行信道探测，提取合适的信道特征参数作为密钥生成材逡逑

逑秘密信道逡逑（密钥邋ｙ＝．邋－逦，逦■＝＝－｛密钥）逡逑图２－１保密通信系统模型逡逑如前所述，无线通信信道具有空时唯一性、短时互易性、快速时变性和不可逡逑预测性等特点。在点对点通信系统下，通信双方基于无线信道特征生成的成对密逡逑钥能够直接满足无条件安全通信的两个条件。然而，在多节点的群组通信系统中，逡逑还需要根据群组形成的网络拓扑结构设计合适的群密钥分配方案，以实现群密钥逡逑的安全共享。逡逑物理层群密钥的生成流程如图２－２，主要可以分为两个阶段，第一个阶段是逡逑成对密钥生成，通过信道特征提取、量化、密钥协商和保密增强四个过程，生成逡逑点对点的成对密钥。第二个阶段是群密钥分配，使群组各节点安全获取到统一的逡逑群密钥。逡逑２．２．１成对密钥生成逡逑成对密钥生成主要包括四个步骤

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本文编号：2721108