基于無線信道特征的密鑰生成方法研究

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1、＇＇ＶＩＩＹｊ■＂■，．１單化化碼＝１０２９３密級：公開，；；ｒ＇Ｗ．’，，｜Ｉ；．．■－■，．、ｖｐｉ碩女緣隹化戈－＇＇尸；；ｆ．，Ｍｕ為化受．■■Ｂｓｐｉ’束．ｉ．論文題目：基于無線信道特征的密鑰生成方法研究‘．．燕＇１０１３０１０５２１學(xué)號＇＾Ａｖｉ姓名ｆ導(dǎo)師一￣績＾信號與信息處暨學(xué)科專業(yè)物理唇安全研究方向．心±；戶申請學(xué)位類別王堂題盧■一六年Ｈ月ｒ：二零：；％．論文提交日期；；咕裁滿寺．：攀於讓

2、聽＃轉(zhuǎn)韻＾—、－；■：＾．／；．Ｖ，部（巧公絲?wèi)裟荒暇┼]電大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加Ｗ標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研巧成果。，也不包含為獲得南京郵電大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料一同工作的同志對本研巧所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意與我。一本人學(xué)位論文及涉及相關(guān)資料若有不實(shí)，愿意承擔(dān)切相關(guān)的法律責(zé)任。研巧生簽名：命中日期：令南京郵電大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明本人授權(quán)南京郵電大學(xué)可Ｗ

3、保留并向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子文檔可；允許論文被查閱和借閱；可Ｗ將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索；Ｗ采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編本學(xué)位論文。本文電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。論文的公布（包括刊登）授權(quán)南京郵電大學(xué)研究生院辦理。研涉密學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書。究生簽名：斬導(dǎo)師簽名：奪日期：種氣呵TheResearchofSecretKeyGenerationBasedonChannelImpulseResponseThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPosts

4、andTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByCaoZhongqiangSupervisor:Prof.ZhuWeipingMarch2016摘要無線信道天然的開放性，使得信息的安全傳輸尤其重要。現(xiàn)行移動通信的安全機(jī)制主要依賴于基于計(jì)算安全的加密體制，而移動環(huán)境下，密鑰的分發(fā)與管理成為實(shí)現(xiàn)這種機(jī)制的重要挑戰(zhàn)。無線信道固有的互易性、空間唯一性、時(shí)變性等特征，為在物理層實(shí)現(xiàn)信息論安全意義上的絕對安全提供了可能。本文對基于無線特征的密鑰生成方法進(jìn)行研究，主要貢獻(xiàn)如下：(1)分析了三種現(xiàn)有的密鑰生成方法，包括LCA、ASB

5、G以及HRUBE密鑰生成方法，以密鑰生成速率、密鑰不一致率、密鑰隨機(jī)性為指標(biāo)比較了他們的性能。研究結(jié)果表明，LCA密鑰生成方法可以生成隨機(jī)密鑰且密鑰不一致率較低，但是密鑰生成速率不高；ASBG密鑰生成方法提出一種分塊使用量化，并結(jié)合Cascade協(xié)商協(xié)議以及密鑰增強(qiáng)，整體性能與LCA密鑰生成方法相當(dāng)；HRUBE密鑰生成方法采用了多比特自適應(yīng)量化（MAQ）和KLT（Karhunen-LoèveTransform）去相關(guān)處理，提高了密鑰生成速率以及密鑰的熵，但是犧牲了密鑰不一致率。(2)提出了一種改進(jìn)的LCA密鑰生成方法。相比于LCA密鑰生成方法，該改進(jìn)方法對每個匹配子序列的測量值進(jìn)

6、行累加處理來提高信噪比，使生成密鑰的不一致率較低；在量化階段引入了多比特量化，以提高密鑰生成速率；同時(shí)，這種改進(jìn)方法保留了LCA密鑰生成方法中的協(xié)商機(jī)制，即通過公開信道交互匹配子序列的位置信息，實(shí)現(xiàn)過程簡單。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)方法在保證密鑰不一致率較小的前提下，提高了密鑰生成速率，且生成的密鑰可通過隨機(jī)性測試無需密鑰增強(qiáng)。(3)提出了利用格型白化濾波器代替KLT實(shí)現(xiàn)去相關(guān)處理。相關(guān)研究表明，KLT實(shí)現(xiàn)過程中存在著敏感性問題，即通信兩端獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)KLT而不通過公開信道交互變換矩陣時(shí)，兩端生成密鑰的不一致率非常高。針對這一問題，提出了密鑰生成雙方獨(dú)立利用格型白化濾波器做去相關(guān)處理的解

7、決思路。仿真結(jié)果表明，采用格型白化濾波器用于去相關(guān)處理時(shí)無需通過公開信道交換任何信息，提高了密鑰生成方法的效率及安全性。關(guān)鍵詞:互易性、密鑰生成、去相關(guān)處理、密鑰增強(qiáng)、KLTIAbstractSecurityisanespeciallyimportantconcernforwirelesscommunicationduetothepublicnatureofwirelesschannel.Currently,securitymechanismsofwirelessnetworkm