王 旭 金 梁 宋华伟 黄开枝



基于无线信道参数的物理层安全密钥容量

王 旭 金 梁*宋华伟 黄开枝

(国家数字交换系统工程技术研究中心 郑州 450002)

利用无线信道参数提取物理层安全密钥时，密钥容量受加性噪声、信道测量时差、终端移动速度、采样周期和采样点数等因素影响。针对这一问题，该文在均匀散射环境中利用单输入单输出无线信道定量分析密钥容量，推导了密钥容量的闭式解以确定最佳采样周期的约束条件。仿真分析表明该结论同样适用于非均匀散射环境，同时验证将物理层密钥提取技术应用于无线通信系统的可行性。

物理层安全；物理层密钥提取；密钥容量；无线信道参数；最佳采样周期

1 引言

随着移动通信应用领域的拓展，安全问题逐渐成为制约其发展的主要瓶颈之一。现有移动通信安全依靠高层密钥加密机制，但是在资源受限的新兴网络(如物联网、传感器网络等)中高层密钥的分发和管理存在一定的安全隐患。而无线信道具有天然的密钥特征，通信双方通过测量同一无线信道提取相同的物理层密钥，实现密钥分发，并辅助高层加密机制实现安全增强。现有物理层密钥研究[1,2]主要分为密钥提取技术和密钥容量分析。其中，密钥容量分析为密钥提取技术提供理论指导，具有重要理论研究价值。

文献[9]和文献[10,11]首先提出利用无线信道作为共同随机源提取密钥，并引入信息论分析密钥容量。物理层密钥提取的前提是无线信道的互易性，当通信双方同时测量同一无噪信道时，能够得到完全相同的信道参数，此时密钥容量无限大。……