[发明专利]面向无线体域网的生物增强无线信道密钥生成方法

说明书

本发明公开了一种面向无线体域网的生物增强无线信道密钥生成方法，主要解决ASBG方法密钥生成不一致率高、速率低及随机性差的问题。其技术方案是：1.采集人体心电信号生成生物特征序列；2.利用生物特征序列生成无线信道增强因子；3.利用无线信道增强因子得到增强探测包；4.进行生物增强无线信道探测，获取接收信号强度序列；5.对接收信号强度序列进行量化编码得到映射状态序列；6.对映射状态序列进行协商与认证，得到量化比特序列；7.对量化比特序列进行信息协商与隐私增强得到节点双方共享的密钥。本发明降低了静态环境下无线信道密钥生成的不一致率，提高了密钥生成的速率及随机性，可用于无线体域网中节点间的对称密钥建立。

技术领域

本发明属于无线网络安全技术领域，特别涉及一种生物增强的无线信道密钥生成方法，可用于无线体域网中节点间的对称密钥建立。

背景技术

无线体域网是由附着在人体表面或植入体内的微型生理传感器节点组成，通过无线信道进行通信，实现对人体生理信号的采集以及传输等作用，可应用于电子医疗以及远程医疗监护等领域。由于无线体域网中传输的数据涉及用户个人隐私，因而保障无线体域网的数据安全传输至关重要，而保障无线体域网中数据安全通信的核心就是密钥的产生。

传统的密钥协商机制采用密钥预共享方式或基于公钥体制的密钥交换。采用密钥预共享方式，安全性很大程度依赖于传感器节点数据的存储安全，一旦节点丢失或遭受捕获，存储密钥将会面临泄露的风险；而基于公钥的密钥交换方法，不仅涉及到大量公钥的计算，增加了节点的计算量、存储消耗和通信开销，还需要可信的第三方存在，提供公钥证书，无法在无线体域网这种资源受限的应用场景中使用。

由于无线信道自身固有的空间去相关、时间去相关以及短时互易性等特性，使得无线信道可作为无线体域网中合法节点之间密钥生成的来源。无线信道密钥的生成无需依赖预先共享私密，避免了预共享私密的存储开销，密钥的更新摆脱了对密钥管理中心的依赖。利用无线信道特征产生密钥具有低计算复杂度、低能耗的优点，非常适用于资源受限的无线体域网场景。

罗格斯新泽西州立大学的Suhas Mathur、Wade Trappe等人在2008年发表的“Radio-telepathy:Extracting a Secret Key from an UnauthenticatedWirelessChannel”文章中提出利用接收信号强度信息进行无线信道密钥的生成，通过计算接收信号强度RSS值的均值与方差，确定量化器的上、下门限，采用将高于上门限量化为1低于下门限的量化为0的量化方法，实现对接收信号强度值的二值化，进而生成密钥，这种方法称为Mathur方法。Mathur方法利用无线信道接收信号强度值作为密钥生成来源，由于目前无线网卡几乎都具备测量接收信号强度的功能，因此，该方法的无线信道特征提取简单，可移植性强。但是，在静态环境中，无线信道接收信号强度值变化缓慢，利用Mathur方法生成的密钥存在密钥不一致率高、密钥生成速率低以及密钥随机性差的问题。此外，Mathur方法无法提供密钥生成时的节点身份认证。

2013年，Sriram N.Premnath等人在2013年发表的“Secret Key Extraction fromWireless Signal Strength in Real Environments”文章中提出了一种无线信道接收信号强度值的自适应密钥产生方法，简称ASBG方法，该方法在利用无线信道接收信号强度值作为密钥产生来源的同时，提出了一种自适应的双门限有损量化方法，在Mathur量化方法的基础上，对处在上、下门限之间的量化值进行删除，实现接收信号强度值的量化，进而生成密钥。该方法利用无线信道接收信号强度值生成密钥，密钥生成速率及密钥随机性完全依赖无线信道的状况，静态环境中信道处在相对静止的状态时，相干时间较长，生成的无线信道密钥不一致率高、密钥随机性差且密钥生成速率低。此外，ASBG方法无法提供密钥生成时的节点身份认证。

发明内容