[发明专利]一种基于物理层密钥的IMSI隐私保护方法和设备

权利要求书

1.一种基于物理层密钥的IMSI隐私保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：移动终端在完成网络选择和小区选择之后，向基站发送随机接入请求；

步骤2：基站向移动终端发送随机接入响应；

步骤3：基站和移动终端分别在物理层解析自己的接收信号，并且进行信道估计，获取自己的信道特征信息，所述信道特征信息包括强度特征信息和相位特征信息；

步骤4：基站和移动终端分别根据自己在步骤3中获取的所述强度特征信息和所述相位特征信息量化生成初始密钥比特；

步骤5：移动终端读取步骤4生成的初始密钥比特并进行信道编码，获得编码码字，所述编码码字由信息位和校验位串联组成；

步骤6：移动终端向基站发送连接建立请求和作为协商信息的校验位；基站同时读取步骤4生成的初始密钥比特并将其与接收到的校验位组合成新的码字；

步骤7：基站将步骤6得到的新的码字进行信道译码，得到译码后的码字，并提取译码后的码字信息位作为协商后的物理层密钥；

步骤8：基站将步骤7得到的译码后的码字通过单向Hash函数运算得到协商回复，然后向移动终端发送RRC连接建立和协商回复；

移动终端同时计算步骤5获得的编码码字的单向Hash函数值，并比较其与接收到的协商回复是否相等；

若相等，移动终端提取步骤5获得的编码码字的信息位作为协商后的物理层密钥；

若不相等，则物理层密钥生成出现错误，移动终端将启用其他已有技术方案安全传输IMSI隐私信息；

步骤9：移动终端读取自己的与IMSI等长的物理层密钥，移动终端发送附着请求并使用物理层密钥加密IMSI隐私信息；

基站读取自己的与IMSI等长的物理层密钥，基站接收到附着请求，并使用物理层密钥解密还原IMSI隐私信息；

在步骤9之前，移动终端对自己的协商后的物理层密钥进行保密增强处理，得到最终的物理层密钥；基站对自己的协商后的物理层密钥进行保密增强处理，得到最终的物理层密钥；

步骤1中，所述随机接入请求的形式是前导帧，由循环前缀、前导和保护时间戳组成；

步骤2中，所述随机接入响应由前导标识、跟踪区域调整、上行授权指令以及小区无线网络临时标识组成；

步骤3中，假设前导对应的发送序列的频域响应为X_u(k)，k为子载波序号，基站作为接收端通过对接收信号进行盲检获取到前导，所以X_u(k)对于基站是已知的；假设对应的接收信号序列的频域响应为Y(k)，则基站端信道估计值为：

基站提取强度特征信息|H_AB(k)|和相位特征信息θ_AB(k)，提取方法表示为：

θ_AB(k)＝arctan(imag(H_AB(k))/real(H_AB(k)))

假设导频处的频域响应为X_p(k)，对应接收信号的频域响应为Y_p(k)，则导频处的信道估计值为：

假设下行信道频域响应值向量为H_BA，导频处的信道估计值向量为H_p，采用LMMSE插值算法后的信道估计结果表示为：

其中，W为频域插值矩阵，为频域上所有子载波和参考信号子载波的互相关矩阵，为参考信号子载波的自相关矩阵，I_p为单位阵，SNR为移动终端端的信噪比；

所以对应的移动终端的信道估计值表示为：

移动终端提取强度特征信息|H_BA(k)|和相位特征信息θ_BA(k)，提取方法表示为：

θ_BA(k)＝arctan(imag(H_BA(k))/real(H_BA(k)))；

步骤4中，假设μ代表强度特征信息的均值，σ代表强度特征信息的标准差，基站根据获取的强度特征信息量化比特：

基站根据获取的相位特征信息量化比特：

然后将强度特征信息量化比特和相位特征信息量化比特串联，得到基站的初始密钥比特Q_B(k)＝Q_B1(k)||Q_B2(k)；

移动终端的量化同理进行。