物理層安全中無線信號強度的非均勻量化方案①

徐志江 王曉敏 盧為黨 陳芳妮 華驚宇 貢 毅③

(*浙江工業大學信息工程學院 杭州 310023)(**浙江科技學院信息與電子工程學院 杭州 310023)(***浙江工商大學信息與電子工程學院 杭州 310018)(****南方科技大學電子與電氣工程系廣東省普通高校先進無線通信技術重點實驗室 深圳 518055)

0 引 言

傳統上，數據是通過經典加密方案[1,2]來保證信息的安全傳輸。這些密碼算法比較復雜，竊聽者破解密碼系統所要花費的時間成本很大，因此可以保證信息的安全性。然而，隨著計算機軟硬件技術的發展，這種基于計算的安全性可能會不成立。利用物理層的隨機性來生成無線設備間的密鑰，近年來引起了極大的關注。與傳統的密碼學不同，通過無線信道物理層產生的密鑰可以保證通信雙方之間的信道與其他信道不相關[3,4]。

Maurer[5]提出根據無線信道互易性的特性建立信道模型，大量研究工作致力于開發各種物理層安全技術。為了提高信息傳輸過程中的安全性，采用復雜的信號處理技術來提高保密能力是非常重要的，例如人工噪聲[6]的輔助技術、面向安全的波束成形技術[7-9]、協作中繼的安全方法[10]等。在物理層密鑰生成過程中，合法通信雙方提取合適的信道參數，如信道響應幅度[11]、相位差異[12]以及信道增益和延遲[13]等，再對測量的信道參數進行量化，以此獲得通信雙方共享密鑰的初始比特串。無線信道的互易性定理保證了信道測量值在上下行信道上是一致的。然而，加性噪聲、無線信道的半雙工性質以及器件的差異性導致實際信道的非互易性，密鑰生成過程中存在失配率問題。……