本文關(guān)鍵詞：基于無(wú)線信道環(huán)境的密鑰生成機(jī)制研究

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【摘要】：物理層安全技術(shù)是信息安全和無(wú)線通信領(lǐng)域的交叉研究熱點(diǎn)。利用無(wú)線信道特征生成密鑰是物理層安全技術(shù)的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容,它為保障無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全提供了新的思路。因此,本文的選題具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道開放性、資源有限性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性和計(jì)算處理能力弱的特點(diǎn),本文探討了無(wú)線信道環(huán)境下基于不同的信道特征生成密鑰的機(jī)制以及相關(guān)的密鑰容量、機(jī)制評(píng)估等問題,主要取得了下述創(chuàng)新性研究成果：1.針對(duì)部分密鑰生成機(jī)制的密鑰生成速率較低的問題,本文提出了一種基于無(wú)線超寬帶信道相位特征的密鑰生成機(jī)制。該機(jī)制的特點(diǎn)在于合法通信雙方利用最大似然準(zhǔn)則估計(jì)信道響應(yīng)的相位信息,通過對(duì)不同的相干時(shí)間內(nèi)獲取的高度相關(guān)的隨機(jī)相位信息進(jìn)行均勻量化得到初始密鑰比特。仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)基于接收信號(hào)強(qiáng)度(RSS)生成密鑰的機(jī)制相比,所提機(jī)制能夠提高密鑰生成速率。2.為了更有效地探測(cè)信道,本文提出了一種動(dòng)態(tài)密鑰生成機(jī)制。該機(jī)制對(duì)信道探測(cè)方法進(jìn)行了改進(jìn),通過構(gòu)建一個(gè)目標(biāo)函數(shù)求解最佳的發(fā)送訓(xùn)練序列長(zhǎng)度和探測(cè)間隔。合法通信雙方依據(jù)最優(yōu)解和信道相干時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送訓(xùn)練序列長(zhǎng)度,從而提高了雙方信道探測(cè)結(jié)果的一致性。研究表明,與傳統(tǒng)基于接收信號(hào)強(qiáng)度生成密鑰的機(jī)制相比,該機(jī)制能夠獲得更高的密鑰匹配率。3.針對(duì)利用無(wú)線信道特征生成密鑰過程中密鑰生成速率和密鑰匹配率的矛盾問題,本文提出了一種基于無(wú)線信道多徑時(shí)延的協(xié)作式密鑰生成機(jī)制。該機(jī)制將多徑相對(duì)時(shí)延和時(shí)延平均值的差值作為共同的量化隨機(jī)數(shù),從而降低了生成密鑰的不匹配率,同時(shí),通過引入輔助節(jié)點(diǎn)Relay增加了密鑰生成速率。該機(jī)制能夠在密鑰匹配率和密鑰生成速率之間取得較好的平衡,即可以在兼顧密鑰一致性的前提下提高密鑰生成速率。仿真和測(cè)試結(jié)果以及安全性分析表明基于無(wú)線信道多徑時(shí)延的協(xié)作式密鑰生成機(jī)制能夠在密鑰生成速率、密鑰一致性和密鑰隨機(jī)性三項(xiàng)指標(biāo)上獲得良好的性能。4.為了探討密鑰容量問題,本文不僅從信息理論角度給出了基于互信息的普適、通用的最大密鑰速率表達(dá)式；還從信號(hào)檢測(cè)與估值理論角度,給出了更具實(shí)際意義的兩類最大密鑰速率表達(dá)式,分別是基于相位、幅度估計(jì)Cramer-Rao bound (CRB)的最大密鑰速率表達(dá)式。數(shù)值計(jì)算和仿真結(jié)果驗(yàn)證了所給表達(dá)式推導(dǎo)過程的合理性與正確性。最大密鑰速率表達(dá)式作為最大密鑰速率的上界能夠?yàn)閷?shí)際的密鑰生成速率提供參考標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),通過對(duì)影響最大密鑰速率上界的不同因素進(jìn)行分析可以為完善實(shí)際的密鑰生成機(jī)制提供理論依據(jù)。5.為了從估計(jì)量均方誤差的CRB角度評(píng)估密鑰生成機(jī)制,本文給出了多徑時(shí)延估計(jì)均方誤差的近似CRB,并將實(shí)際的多徑時(shí)延估計(jì)均方誤差與該CRB進(jìn)行比較。仿真結(jié)果表明采用“分步方式多徑時(shí)延估計(jì)方法”的誤差曲線比采用“相關(guān)共同方式多徑時(shí)延估計(jì)方法”的誤差曲線更接近多徑時(shí)延估計(jì)的近似CRB曲線。由此可知,“分步方式多徑時(shí)延估計(jì)方法”的準(zhǔn)確度更高,利用該方法生成的密鑰一致性更強(qiáng)。論文最后在總結(jié)全文研究工作的基礎(chǔ)上,展望了基于無(wú)線信道環(huán)境密鑰生成技術(shù)問題的后續(xù)研究方向。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN918.4

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 楊云川;面向物理層安全的預(yù)編碼技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：1299519