[发明专利]基于信道特征的物理层密钥生成方法及系统

权利要求书

1.一种基于信道特征的物理层密钥生成方法，其特征在于，包含如下内容：

面向物联网中基于802.15.4协议的Zigbee无线传感器网络，通信双方依据事先约定采样策略，将多信道网络中各子信道信号强度作为信道特征参数，对该信道特征参数进行评估和提取；事先约定采样策略中，通信双方按照信道选择策略选择子信道，各子信道特征采样遵守探测重传协议；通信双方多轮探测过程中，将各子信道信号强度缓存为矩阵RSS，其中，RSS_ij代表第i轮探测时第j个采样子信道所得到的信号强度采样值；矩阵RSS记为C_M×N，且其中，M代表探测次数，N代表子信道数量；选择子信道过程中，首先，依据通信发起者和通信接收者节点编号和子信道数量及最小子信道编号，确定初始采样子信道；然后，依据当前采样子信道、每次采样信道跳转步长、最小子信道编号及子信道数量，确定下次采样子信道；

对提取到的信道特征参数通过信道量化方式进行量化；量化过程中，首先，将多轮探测中不同子信道信号强度进行分组去均值处理，剔除RSS值与通信距离之间的关系，得到作为量化比特环节的输入的处理矩阵；将处理矩阵中信号强度按列进行量化，其中，量化比特环节的输入的处理矩阵C'_M×N表示为按列量化中，首先根据每列值计算对应列中最大值与最小值差值；依据对应列中最大值与最小值差值，将各列中数值划分区域，并采用格雷码将每个数值编码为二进制码；

通信双方分别针对量化数据进行信息调和，获取各自初始密钥，双方并经过密钥协商进行密钥增强，得到最终会话密钥；信息调和中，将同一子信道的量化数据进行分组，利用Cascade算法进行误码处理，得到通信双方各自初始密钥；密钥增强中，通信发起方使用自身初始密钥对随机数进行加密，将加密运算结果发送给通信接收方；通信接收方利用自身初始密钥进行解密运算，依据解密运算结果反馈通信发起方；通信发起方利用自身初始密钥解密信息，依据解密信息及随机数一致情形来发送应答消息，针对密钥一致情形，通信双方使用事先约定哈希函数进行隐私放大处理，得到最终会话密钥；

通信发起者依据采样策略周期性地向通信接收者发送探测请求帧，通信接收者根据探测请求帧编号记录请求帧信号强度并回复通信发起者应答帧；通信发起者按照应答帧编号记录应答帧信号强度。

2.一种基于信道特征的物理层密钥生成系统，其特征在于，基于权利要求1所述的方法实现，包含：特征提取模块、数据量化模块和密钥生成模块，其中，

特征提取模块，用于通信双方依据事先约定采样策略，将多信道网络中各子信道信号强度作为信道特征参数，对该信道特征参数进行评估和提取；

数据量化模块，用于对提取到的信道特征参数通过信道量化方式进行量化；

密钥生成模块，用于通信双方分别针对量化数据进行信息调和，获取各自初始密钥，双方并经过密钥协商进行密钥增强，得到最终会话密钥。