认知无线电网络物理层密钥生成机制研究

作     者：林如姗 

作者单位：福建师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许力;黄川

授予年度：2020年

学科分类：11[军事学] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 1105[军事学-军队指挥学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 110505[军事学-密码学] 081001[工学-通信与信息系统] 110503[军事学-军事通信学] 

主      题：认知无线电网络 接收信号强度 物理层密钥 组密钥 

摘      要：认知无线电网络是解决频谱资源供需矛盾问题的最佳方案之一。在认知无线电网络技术中,用户的安全通信是系统正常运行必不可少的先决条件。进一步地,在用户间如何提取并建立安全有效的共享密钥则是确保认知无线电网络安全通信的基础。针对认知无线电网络集中式协作感知场景,本文通过物理层无线信道特征对用户间共享密钥生成问题展开研究。主要研究内容如下:(1)基于自适应多比特关联量化的对密钥生成机制研究:针对现有的物理层对密钥生成方法中存在比特不一致率偏高以及比特生成率较低等问题,提出了一种自适应多比特关联量化方案,通过选择性丢弃区间边界附近和异常的测量值来降低误量化的可能性,从而降低了比特不一致率。此外,为每个测量值找到相配对的值,使得生成的密钥与多位测量值相关,保证最终密钥生成的随机性。实验结果表明我们的方案在比特不一致率和比特生成率上具有一定的优势。(2)基于信道特征的对称信道密钥生成机制研究:为了进一步优化比特生成率和比特不一致率,我们提出了基于单边保护带的自修正信道量化算法量化提取到的信道测量值,再通过密钥提取器保证密钥的随机性并进一步提高密钥生成速率。实验结果表明,与其他相关方案相比,我们的方案在比特生成率,比特不一致率方面有了明显的提升。(3)基于中心节点的组密钥生成方案及其分析:在集中式协作感知场景中,利用融合中心作为中心节点,使用基于信道特征的对称信道密钥生成机制与组内其他次用户生成本地的对密钥,在此基础上融合中心进一步生成组密钥。通过数值计算分析了该方案在不同条件下能够实现的组密钥率,结果表明,该方案的组密钥率随着信噪比的增大而增加,且不随着组内用户节点的增多而发生改变。综上所述,本方案在提高组密钥率方面具有较明显的优势。