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2023电力行业信息化年会

作者：李瑞刘泽辉琚贇

物理层密钥生成技术的加密效果因受到信道噪声、硬件指纹等环境因素的影响,生成密钥的一致性较低。特征预处理是提高密钥一致性(KAR)的常用手段,但现存的特征预处理算法大多通过牺牲密钥生成速率(KGR)来提升密钥的一致性,可用性不强。因... 详细信息

物理层密钥生成技术的加密效果因受到信道噪声、硬件指纹等环境因素的影响,生成密钥的一致性较低。特征预处理是提高密钥一致性(KAR)的常用手段,但现存的特征预处理算法大多通过牺牲密钥生成速率(KGR)来提升密钥的一致性,可用性不强。因此,提出一种基于奇异值分解(SVD)预处理的物理层密钥生成方法,使用SVD算法对通信双方提取到的信道特征进行预处理后再进行量化,以达到同时提高密钥一致性和密钥生成速率的目的。仿真实验结果显示,当信道信噪比大于10dB时,与不经过预处理的方案以及离散余弦变换(DCT)、主成分分析(PCA)预处理方案相比,SVD方案的误码率明显更低;当信噪比大于20dB时,SVD方案KGR能够达到10bit/s的水平,明显高于其他3种方案。SVD方案能够在有效提高密钥一致性的同时,大幅提升密钥生成速率。

关键词：无线信道物理层密钥特征预处理密钥一致性

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基于多信道特征提取的物理层密钥生成方法

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现代电子技术 2022年第10期45卷 119-123页

作者：杨奎武龚荻菲魏江宏战略支援部队信息工程大学河南郑州450001 中国人民解放军91001部队北京100841

为解决资源受限的物联网设备难以实现复杂的物理层密钥生成这一难题,文中利用ZigBee传感器设备信道快速切换能力,提出一种基于信号强度(RSS)和多信道共同采样的物理层密钥生成方法。首先借助多径时变信道的随机性,基于信道选择策略和探... 详细信息

为解决资源受限的物联网设备难以实现复杂的物理层密钥生成这一难题,文中利用ZigBee传感器设备信道快速切换能力,提出一种基于信号强度(RSS)和多信道共同采样的物理层密钥生成方法。首先借助多径时变信道的随机性,基于信道选择策略和探测协议,在2.4 GHz频段的多个通信子信道上对RSS进行多轮间隔采样;然后对采样值进行矩阵缓存、均值滤波及量化;最后通过密钥协商协议得到会话密钥。该方法创新性地将多信道RSS作为密钥生成特征信息,可有效降低特征采样值间的相关性及信道相干时间对采样速度的限制,从而大幅提升密钥的生成速率和一致性。实验结果表明,真实室内移动环境下,所提方法的密钥生成速率可达到10 bit/s以上,且能够对恶意攻击产生有效的抑制。该方法简单高效,易于在物联网设备上实现。

关键词：物理层安全密钥生成信道特征密钥一致性信号强度物联网会话密钥性能分析

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无线通信中基于量化隔离带的新型相位密钥生成方法

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计算机应用研究 2014年第10期31卷 3100-3103页

作者：盛旺侯晓赟朱艳魏浩南京邮电大学信号处理与传输研究院南京210003

针对无线通信中利用物理层属性进行加密存在的密钥不一致以及密钥生成速率不高的问题,给出了一种基于信道量化隔离带的相位密钥生成新方法。利用相位均匀分布的属性,产生的密钥具有良好的随机性及均匀分布特性。利用信道量化隔离带的方... 详细信息

针对无线通信中利用物理层属性进行加密存在的密钥不一致以及密钥生成速率不高的问题,给出了一种基于信道量化隔离带的相位密钥生成新方法。利用相位均匀分布的属性,产生的密钥具有良好的随机性及均匀分布特性。利用信道量化隔离带的方法,在量化边界处设立隔离带,对产生误判概率较大的接收值进行删除,有效提高了生成的密钥一致性。仿真结果表明,该方法在提高密钥生成速率的同时确保了生成的密钥的准确性。

关键词：物理层安全密钥提取量化隔离带相位密钥一致性密钥生成速率

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基于嵌入式的QKD安全密钥测试系统的开发与实现

基于嵌入式的QKD安全密钥测试系统的开发与实现

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作者：赵硕北京邮电大学

学位级别：硕士

作为新一代通信技术,量子通信凭借量子信息传输的高效性和安全性,成为各国未来高技术竞争焦点之一,是国内外重点关注的前沿科技热点。目前,各国各科研机构对量子保密通信技术的研究逐步深入,应用场景逐渐增加,进而对量子保密通信系统测... 详细信息

作为新一代通信技术,量子通信凭借量子信息传输的高效性和安全性,成为各国未来高技术竞争焦点之一,是国内外重点关注的前沿科技热点。目前,各国各科研机构对量子保密通信技术的研究逐步深入,应用场景逐渐增加,进而对量子保密通信系统测试的需求也日益增加。现阶段量子保密通信系统的关键指标参数只能从产家的设备网管或上位机软件进行获取,对量子保密通信系统的关键指标参数(密钥一致性、密钥随机性等)方面没有足够说服力,缺少相关的测试手段。因此,现在亟需研发“第三方”的量子保密通信系统测试设备。针对此问题,本文主要研发了能测试量子保密通信系统关键性能指标参数的基于嵌入式的QKD安全密钥测试系统。测试系统通过对量子通信系统的原始数据的控制、获取、统计、计算等处理过程,判定其安全密钥是否满足各项测试指标的要求,以保障测试的公平有效性。本文主要研究和成果如下:(1)本文提出了一种基于嵌入式的QKD安全密钥测试系统的设计方案。该方案是依据现有的软、硬件开发技术,结合测试系统设备的实际情况,设计了 QKD安全密钥测试系统的架构、功能和接口。(2)本文开发了一种基于嵌入式的QKD安全密钥测试系统。本开发过程是基于PetaLinux操作系统的,依据各模块的时序流程在嵌入式系统中开发了 QKD安全密钥的获取和测量功能。(3)本文实现了一种基于嵌入式的QKD安全密钥测试系统。经验证,通过本系统能实现从第三方的设备进行获取现阶段量子保密通信系统的关键指标参数,并公平有效的测量安全密钥的一致性和随机性。

关键词：量子密钥分发安全密钥测试系统嵌入式密钥一致性密钥随机性

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基于无线信道特征提取的密钥生成技术研究

基于无线信道特征提取的密钥生成技术研究

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作者：周百鹏解放军信息工程大学

学位级别：硕士

提取无线信道物理特征生成密钥,是保障无线通信安全的一种新思路。在时分双工(TDD)系统中,通信双方基于信道互易原理,提取具有一致性的上下行信道特征,通过实时独立地生成密钥,从而避免密钥的传输,达到通信安全的目的。但在实际应用中,... 详细信息

提取无线信道物理特征生成密钥,是保障无线通信安全的一种新思路。在时分双工(TDD)系统中,通信双方基于信道互易原理,提取具有一致性的上下行信道特征,通过实时独立地生成密钥,从而避免密钥的传输,达到通信安全的目的。但在实际应用中,该方法存在以下三个主要问题:(1)由于无线信道的快速时变性,双向信道估计的一致性难以保证;(2)现有密钥生成方案不能很好的适用于宽带系统;(3)现有方案无法在保证高速生成密钥的同时,确保密钥生成的高一致性。因此,本文针对基于信道特征提取的密钥生成技术展开了专门研究。本课题依托国家自然科学基金──无线物理层安全通信关键技术研究,通过分析现有密钥生成方案的优点及不足,提出了具有通用性的物理层密钥生成模型。然后针对模型中的关键步骤分别进行了研究,确保密钥生成的高一致性。具体工作如下: 1.提出了基于信道探测因子的物理层密钥生成模型。该模型利用反映通信双方信道估计互易程度的信道探测因子,动态调整信道双向探测的间隔,确保通信双方信道估计的高一致性,从而降低该模型其它两个关键步骤──密钥生成算法以及密钥一致性协商方案的复杂度。 2.提出了基于多径相对时延的密钥生成算法。该算法主要针对宽带系统,接收端在合并多径的同时提取各径间的相对时延,通过量化相对时延与平均时延的差值生成密钥。仿真结果表明,该算法具有一定的抗噪性。同时,由于无需预先设定量化判决门限,该算法比现有方案降低了密钥生成的不确定性,提高了密钥生成一致性。 3.提出了基于双Hash(哈希)函数的密钥一致性协商方案。该方案利用Hash函数的单向性设计校验信息交互协议,确保了生成密钥的高一致性;利用Hash函数的散列性,排除了信道测量值相近时所导致的密钥相干性。在深入分析该方案安全隐患的基础上,提出了一种改进的流水式增强型密钥协商方案,确保第三方无法解析获取的校验信息,进一步增强了密钥的安全性。 4.提出了多信道特征联合矢量量化(JCQ)方案,在保证高速生成密钥的同时,确保密钥生成的高一致性。该方案联合多个信道特征进行矢量量化,把密钥提取问题转化为矢量量化的最小误差问题,从而提高了密钥生成速率;通过单向胞腔调整机制降低非同时测量和信道估计误差带来的影响,提高了通信双方密钥生成的一致性。仿真结果表明,JCQ方案的密钥速率和一致性优于传统方案;并且随着分割子胞腔数目的增多,性能也愈加优越。

关键词：物理层安全信道互易性密钥生成密钥一致性哈希函数矢量量化

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无线通信中物理层安全密钥提取技术研究

无线通信中物理层安全密钥提取技术研究

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作者：盛旺南京邮电大学

学位级别：硕士

无线通信技术由于其便利性有着广泛的应用，但因广播特性而导致安全问题日益突出。同时，无线通信信道特征具有唯一性，互易性，快速时变且不可预测性，也为解决无线通信信息安全提供了条件。因此,利用无线通信物理层信道属性进行安全... 详细信息

无线通信技术由于其便利性有着广泛的应用，但因广播特性而导致安全问题日益突出。同时，无线通信信道特征具有唯一性，互易性，快速时变且不可预测性，也为解决无线通信信息安全提供了条件。因此,利用无线通信物理层信道属性进行安全加密成为了新的研究课题。利用无线通信信道的物理特征提取密钥是利用无线通信物理层确保信息安全的重要一步。基于时分双工（TDD）原理的无线通信系统中，利用无线信道的互易性，双方独立提取密钥，从而避免了密钥的交互，防止密钥泄露。利用信道特征的时变性，动态更新密钥，实现“一次一密”，确保通信安全。但在实际研究中还存在一些问题，由于双方对于信道的估计存在一定的偏差，导致生成的密钥不一致;密钥的生成速率不高，密钥的一致性和密钥的生成速率存在博弈;现有的研究集中于被动窃听对于通信安全的影响，而存在主动干扰时，生成的密钥存在较大的不一致性，不能正常工作;密钥协商机制不够完善，在密钥协商交互过程中，存在密钥泄露风险。针对上述有关密钥提取研究中存在的不足，论文给出了一些改善方案。具体情况如下：(1)针对无线通信中利用物理层属性进行加密存在的密钥不一致以及密钥生成速率不高的问题，给出了一种基于相位的CQG算法。利用CQG方法，在量化边界处设立隔离带，对产生误判概率较大的接收值进行删除，有效提高了密钥生成的一致性。(2)针对密钥的一致性和生成速率存在博弈问题，从理论上分析了在保证密钥一致性的前提下，双方可以取得的最大密钥生成速率，并且推导出了具体的量化公式。研究结果表明密钥生成速率与密钥的一致性存在博弈，它们由量化阶数和隔离带宽共同决定，由量化阶数和隔离带宽共同决定的上凸点，就是密钥生成速率与密钥的一致性的最优平衡点。(3)针对现有研究集中于研究被动窃听对于通信安全的影响，当存在主动干扰时，生成的密钥存在较大的不一致性。本文第三章给出了一种基于两时隙双天线相干干扰抵消方法，将接收天线数降到最低，并有效地降低了计算的复杂度。该方法有效降低干扰对信号的干扰，提高接收到信号的信干噪比，确保了生成密钥的一致性。(4)针对密钥协商机制不够完善，在密钥协商交互过程中，存在密钥泄露风险的问题，我们给出了一种“有限试错”密钥交互方法。利用计算能力强的一方，进行密钥破解。该方案有效解决了密钥不一致的问题。

关键词：物理层安全密钥提取密钥一致性密钥生成速率密钥协商

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密钥提取中相干干扰抵消原理及应用研究

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计算机技术与发展 2014年第9期24卷 151-153页

作者：盛旺范伟胡慧菊南京邮电大学信号处理与传输研究院江苏南京210003

在无线通信利用物理层属性进行加密中,当通信双方受到噪声和干扰的影响时,导致双方对信道估计存在较大误差,进而提取的密钥存在较大的不一致。文中提出了一种基于两时隙双天线相干干扰抵消方法,将接收阵元数降到最低,并有效地降低了计... 详细信息

在无线通信利用物理层属性进行加密中,当通信双方受到噪声和干扰的影响时,导致双方对信道估计存在较大误差,进而提取的密钥存在较大的不一致。文中提出了一种基于两时隙双天线相干干扰抵消方法,将接收阵元数降到最低,并有效地降低了计算的复杂度。通过人为制造信号重发,使两时隙期望信号相同,而干扰不同。同时利用信号和干扰不相关原理,进行干扰消除。MATLAB实验及仿真结果表明,该方法可以有效地消除干扰信号,提高生成密钥的一致性。

关键词：干扰消除信号重发两时隙双天线密钥一致性

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