無線信道由于天然的開放性和廣播性等特征,極易受到干擾和竊聽等安全威脅。當(dāng)前移動通信的安全保障主要是依賴于密碼安全和計算復(fù)雜的傳統(tǒng)加密機制,而在移動環(huán)境下,由于缺少固定的密鑰管理設(shè)施,密鑰的分發(fā)與管理將成為無線移動網(wǎng)絡(luò)安全的重大挑戰(zhàn)。無線信道固有的互易性、快速時變性以及空間唯一性等特征,使得依賴信道特性產(chǎn)生的無線密鑰能夠空中在線產(chǎn)生而無需分配,且隨機性遠(yuǎn)高于固定密鑰,為在物理層實現(xiàn)安全通信提供了可能。本文對多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)信道下密鑰生成技術(shù)和協(xié)議進行研究,主要工作和創(chuàng)新點歸納如下:(1)基于無線信道特征的物理層密鑰提取技術(shù),合法通信雙方生成初始密鑰存在不一致問題。針對這一問題,首先,參考基于量化隔離帶信道量化(Channel Quantization with Guard-band,CQG)算法中量化隔離帶的設(shè)置,提出了一種改進的基于量化隔離帶的自適應(yīng)信道量化(Adaptive Channel Quantization with Guard-band,ACQG)算法。該方法通過公共信道交互修正信息,對落入量化隔離帶內(nèi)的信道測量值進行自適應(yīng)修正,相比于CQG算法直接丟棄落入量化隔離帶內(nèi)信道測量值的做法,ACQG算法保證了信道測量值的有效使用。仿真結(jié)果表明,改進算法在保證密鑰不一致率較低的基礎(chǔ)上提高了密鑰提取速率。其次,針對由于噪聲等因素影響,通信雙方部分信道測量值之間差別較大,量化隔離帶的設(shè)置導(dǎo)致無法對差別較大的信道測量值進行修正的問題,進一步提出自適應(yīng)修正信道量化(Modified Adaptive Channel Quantization,MACQ)算法,該量化算法拋棄了量化隔離帶的設(shè)計,對所有信道測量值進行自適應(yīng)修正。仿真結(jié)果表明,MACQ算法進一步降低了生成密鑰的不一致率。(2)利用MIMO多信道特性可以提高密鑰生成速率,但天線間可能存在的相關(guān)性會對后續(xù)基于子信道特征提取的密鑰的隨機性造成影響。針對這一問題,首先,提出了一種基于天線間相關(guān)性的改進的天線選擇(Improved Correlation Based Method,ICBM)算法。相比于傳統(tǒng)基于相關(guān)性天線選擇(Correlation Based Method,CBM)算法,該改進算法在天線選擇時根據(jù)某根天線與剩余天線子集整體的相關(guān)性做出判斷,通過對收發(fā)天線的再選擇,選擇整體相關(guān)性最低的天線子集進行信號的傳輸。仿真分析表明,改進算法一方面降低了收發(fā)系統(tǒng)的復(fù)雜性;另一方面降低了天線之間的相關(guān)性,進而有效解決了基于無線信道特征提取的密鑰間相關(guān)性問題。其次,設(shè)計了MIMO信道環(huán)境下密鑰生成協(xié)議,利用MIMO技術(shù)提高了密鑰生成速率,且生成的密鑰可以通過隨機性測試。
【學(xué)位單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN918
【文章目錄】：
摘要
abstract
專用術(shù)語注釋表
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 無線通信安全現(xiàn)狀
        1.1.2 課題的研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 現(xiàn)有技術(shù)存在問題
        1.3.1 非完美互易信道估計對密鑰提取的影響
        1.3.2 密鑰生成過程中性能之間的博弈
        1.3.3 緩變無線信道下密鑰的有效提取
    1.4 本文主要工作及結(jié)構(gòu)安排
        1.4.1 本文主要工作
        1.4.2 本文結(jié)構(gòu)安排
第二章 基于無線信道特征的物理層安全技術(shù)和MIMO系統(tǒng)
    2.1 基于無線信道特征的物理層安全技術(shù)
        2.1.1 無線信號傳播特性
        2.1.2 無線信道特征
        2.1.3 無線密鑰生成協(xié)議
        2.1.4 密鑰生成協(xié)議性能標(biāo)準(zhǔn)
    2.2 MIMO系統(tǒng)與物理層安全
        2.2.1 MIMO系統(tǒng)原理
        2.2.2 MIMO竊聽模型
        2.2.3 MIMO信道選擇
    2.3 本章小結(jié)
第三章 降低初始密鑰不一致率量化算法
    3.1 經(jīng)典量化算法
        3.1.1 基本原理
        3.1.2 經(jīng)典量化算法性能分析對比
    3.2 基于量化隔離帶的密鑰生成方法分析
        3.2.1 方法描述
        3.2.2 性能分析與仿真
    3.3 降低初始密鑰不一致率量化方法
        3.3.1 ACQG量化方法基本原理
        3.3.2 MACQ量化方法基本原理
        3.3.3 性能仿真分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 MIMO信道下密鑰生成協(xié)議設(shè)計
    4.1 傳統(tǒng)天線選擇算法分析
        4.1.1 傳統(tǒng)天線選擇算法介紹
        4.1.2 仿真結(jié)果與分析
    4.2 改進的基于信道相關(guān)性的天線選擇算法
        4.2.1 算法基本原理
        4.2.2 仿真結(jié)果與分析
    4.3 MIMO信道下密鑰生成協(xié)議設(shè)計
        4.3.1 密鑰生成協(xié)議整體描述
        4.3.2 Cascade密鑰協(xié)商算法描述
        4.3.3 Hash函數(shù)密鑰增強描述
        4.3.4 仿真結(jié)果與分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 論文總結(jié)
    5.2 工作展望
參考文獻
附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文
附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目
致謝

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 李古月;胡愛群;石樂;;無線信道的密鑰生成方法[J];密碼學(xué)報;2014年03期

2 胡愛群;李古月;;無線通信物理層安全方法綜述[J];數(shù)據(jù)采集與處理;2014年03期

3 蔡文炳;張水蓮;;密鑰生成系統(tǒng)中的改進量化算法研究[J];信息工程大學(xué)學(xué)報;2013年02期

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本文編號：2872220