基于第三方协助的物理层密钥协商方法

发布时间：2020-07-11 03:28

【摘要】：5G通信模式是未来的发展趋势,为应对不同网络环境中的业务需求,5G通信系统将引入端到端技术,距离较近的用户无需借助基站的帮助直接通信,提高信道质量与数据传输速率。在这种开放式的对等网络中,利用密钥协商技术获取会话密钥,对无线信号加密是确保端到端数据传输安全的一种有效方法。针对现有密钥协商技术普遍存在的密钥生成时间长、用户体验差的问题。本文提出了一种基于第三方协助的物理层密钥生成方法。合法通信双方同步发送随机序列,当发送的比特互异时,窃听者无法分辨叠加波形。合法用户在第三方的协助下,提取互异比特生成密钥。新的密钥协商方法密钥生成速率快,时间短,能量消耗小,用户体验好,且安全性不受对手的计算能力限制。针对合法用户发送波形不完全一致的实际情况,利用添加随机抖动的方法解决微小偏差可能造成的密钥泄露。此外,为了应对MIMO窃听者,本文进一步提出一种随机曼彻斯特的编码方法。我们利用USRP软件无线电设备搭建了实验平台,并对新的密钥协商方法开展了模拟实验,实验结果验证了新的密钥生成方法在实际中的可行性和正确性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN918.4
【图文】：

USRP设备千兆以太网口USRP设备千兆以太网口物理信道发送端 接收端图 4-4 GNU Radio 软件平台结构GNU Radio 软件平台与 USRP 外部设备之间进行通信时需要 UHD 软件进行驱动。GNU Radio 的应用主要是用 Python 编程语言编写的，但是其核心信号处理模块是 C++语言在带浮点运算的微处理器下构建的。GNU Radio 具有开源的库，其极大地方便了开发者的学习和使用，并使得开发者能够简单快速的构建一个实时、高容量的无线通信系统。大部分的 GNU 系统使用 Linux 作为内核，这些系统也被称为 GNU/Linux 系统。GNU Radio 软件平台界面如图 4-5 所示

图 4-8 实际通信场景通过利用USRP N210软件无线电设备做实验，输入的数字基带信号如图 4所示。数字基带信号Alice和Bob的发送序列分别为01010010101和1000011011数字基带信号经过 ASK 调制时添加随机抖动上述随机抖动，再经过上变频送到射频前端，经过天线发送到协助方第三方 Carol，Carol 经过下变频再经过 AS解调，得到的信号如图 4-10(a)所示。

28图 4-11 非重叠字匹配测试部分结果然而上面的数据长度和比特流个数不能完全通过所有的随机性检验测试，这是因为部分测试对数据格式和数据长度有一定的要求，例如二进制矩阵秩测试（Rank Test）是源序列中固定长度的子链间的线性依赖关系，但是进行测试时每一比特流的数据长度必须是 的矩阵形式，因此通过设置测试数据长度L %仯�比特流个数N ，二进制矩阵秩测试结果如图 4-12 所示。

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本文编号：2749888