基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法和通信设备技术

本发明专利技术公开了一种基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法，包括1、通信双方的接收端将收到对方发送的信号进行偏差补偿，以得到没有频率偏差的信号

【技术实现步骤摘要】
基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法和通信设备
本专利技术属于信息安全领域，更具体地说，涉及一种基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法和通信设备。
技术介绍
在物理层安全领域，通信双方可以基于在短时相互接收的无线信号中包含的无线信道特征提取出相似的信息，从而生成对称的密钥。该密钥可以用于保护通信系统的安全。无线信道特征的提取需要特定的信道探测符号，用于估计无线信道状态信息（CSI），从而能够产生足够数量的密钥比特流。然而，在有些不需要进行信道估计的通信系统中，出于通信开销的考虑，并没有设计用户信道探测的符号。因此，在这一类没有专门用于信道探测符号的通信系统中，一般采用的是依靠RSSI（接收信号强度）特征的无线信道密钥生成方法，其密钥生成速率较低。因此现有的研究用CSI（无线信道状态信息）来生成密钥。然而，CSI一般需要由固定的导频估计得到，如OFDM（正交频分复用技术）调制中的用于信道估计的导频。然而，在没有导频的系统中难以得到CSI，也就难以生成高速率的密钥。如授权公告日为2019.03.05，授权公告号为CN106059758B，专利名称为一种确保无线通信安全的密钥生成方法的中国专利公开了一种技术方案，该技术方案基于无线信道互易性以及曲线拟合方法，通过从共享的无线信道状态中提取无线通信用户的共享密钥以保证通信安全，具体包括信道状态估计、预处理、量化及编码、信息协调和私密放大五步，经过私密放大处理后，生成的比特串可用作收发双方最终的共享密钥，保护之后通信安全。授权公告日为2019.07.12，授权公告号为CN107124716B，专利名称为基于固定位置的无线信道动态密钥生成方法的中国专利公开了另一种技术方案，该技术方案首先采集通信双方在多个工作频点的信号强度，然后双方分别对测量得到的信号强度数据进行处理，包括数据交织、平滑、Rank操作以及双门限量化，得到双方的密钥序列后再进行密钥一致性协商使得双方获得完全相同的密钥。并可进一步改变射频工作参数测量获得更多密钥。与上述技术方案不同，针对现有技术中密钥生成速率低的问题，本专利技术提供了另一种技术方案。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有技术中密钥生成速率低的问题，本专利技术提供一种基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法和通信设备，通过提取收发双方传输相同符号中寄生的无线信道特征，以快速生成对称的密钥。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法，包括以下步骤：S1、通信双方的接收端将收到对方发送的信号进行偏差补偿，以得到没有频率偏差的信号YA和YB；S2、对信号YA和YB进行分段以得到不含瞬态射频指纹特征的符号序列ZA和ZB，其中，符号序列ZA和ZB的符号长度均为N，N为自然数；S3、通信双方对符号序列ZA和ZB进行预处理；S4、针对预处理后的ZA和ZB，通信双方选取一个确定的网格，将I通道和Q通道的数据在该网格上形成网格统计星座轨迹图；S5、通信双方分别根据其网格统计星座轨迹图的网格按照一定的阶数进行量化，得到量化后的网格统计星座轨迹图；S6、通信双方分别在量化后的网格统计星座轨迹图中选取网格点，生成密钥KeyA和KeyB。通过本技术方案，可以在不具备信道探测符号的无线通信系统中基于无线信道的多径衰落特征生成密钥；而且能够提供更高的密钥生成率。进一步地，还包括以下步骤：在所述步骤S5中，通信一方根据步骤S4获得的网格统计星座轨迹图的网格按照一定的阶数进行量化，得到量化后的网格统计星座轨迹图，通信另一方根据其网格统计星座轨迹图的网格减去偏差向量得到矫正后的网格统计星座轨迹图，再根据矫正后的网格统计星座轨迹图的网格按照一定的阶数进行量化，得到量化后的网格统计星座轨迹图。本技术方案可以获得更准确的网格统计星座轨迹图。进一步地，所述偏差向量的获取方式为，在通信双方初次通信时，通信一方基于接收的另一方的网格统计星座轨迹图MA和自己的网格统计星座轨迹图MB相减，得到两个网格统计星座轨迹图的偏差向量。进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：S31、通信双方分别对符号序列ZA和ZB进行能量归一化处理，以得到平均能量一致的符号序列和；S32、通信双方分别对符号序列和先进行插值和滤波处理，以得到过采样的符号序列和，其中和的长度均为k*N，k为过采样的倍数，2≤k≤32，且k为正整数；S33、通信双方对过采样后的符号序列和进行移位处理；S34、将移位操作后的符号序列中的每一个点和一定间隔IN后的点进行共轭相乘操作，得到预处理后的符号和，t>0。本技术方案能够获得信道对通信双方各自接收的信号YA和YB产生的影响造成的特征，从而便于密钥的生成，同时还可以进一步消除由于残留载波频率偏差所产生的干扰。进一步地，所述步骤S31具体为：其中，ZA（t）为符号序列ZA在时间t采集的符号，ZB（t）为符号序列ZB在时间t采集的符号，为符号序列在时间t采集的符号，为符号序列在时间t采集的符号。进一步地，所述步骤S4中的网格为一个固定维度的二维矩阵M，根据该二维矩阵M，并选取固定的量化范围C，对符号和在二维矩阵M的两个维度上将其幅度进行量化，再得到其在二维矩阵中的相应位置的坐标，将该坐标值进行累加操作，得到通信双方各自的网格统计星座轨迹图MA和MB，其中，-3≤C≤3。进一步地，所述符号中一个点在二维矩阵M中的坐标为（Mx（t）,My（t）），，，其中，Mx（t）和My（t）分别为二维矩阵M中的向量；MX为二维矩阵M中X维度的向量个数，MY为二维矩阵M中Y维度的向量个数，为取的实部，为取的虚部。进一步地，所述步骤S5中的量化具体为：将每一个网格统计的点数按照一定的区间量化规则，量化成固定的比特序列，然后从比特序列中选取若干比特按照一定规律生成密钥KeyA和KeyB。进一步地，所述步骤S5中的量化为一阶量化，具体为：，其中，T1为一阶量化的量化门限，0<T1<MA（x,y）的最大值，MA（x,y）为网格统计星座轨迹图MA中的向量的坐标位置。本专利技术同时还提供一种通信设备，该通信设备作为通信双方的其中一方，实现上述的基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法中由该通信设备一方所实施的步骤。具体地说，本专利技术所说的通信设备执行通信双方的任意一方在S1到S6中的步骤；当需要进行网格统计星座轨迹图的矫正时，该通信设备执行网格统计星座轨迹图进行矫正的步骤，即，虽然通信是在双方之间进行，但本通信设备只执行通信双方中的其中任意一方的步骤。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术提出的基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法可以在不具备信道探测符号的无线通信系统中基于无线信道的多径衰落特征生成密钥；（2）与现有技术中仅仅基于接收信号强度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、通信双方的接收端将收到对方发送的信号进行偏差补偿，以得到没有频率偏差的信号

【技术特征摘要】
1.一种基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通信双方的接收端将收到对方发送的信号进行偏差补偿，以得到没有频率偏差的信号YA和YB；
S2、对信号YA和YB进行分段以得到不含瞬态射频指纹特征的符号序列ZA和ZB，其中，符号序列ZA和ZB的符号长度均为N，N为自然数；
S3、通信双方对符号序列ZA和ZB进行预处理；
S4、针对预处理后的ZA和ZB，通信双方选取一个确定的网格，将I通道和Q通道的数据在该网格上形成网格统计星座轨迹图；
S5、通信双方分别根据其网格统计星座轨迹图的网格按照一定的阶数进行量化，得到量化后的网格统计星座轨迹图；
S6、通信双方分别在量化后的网格统计星座轨迹图中选取网格点，生成密钥KeyA和KeyB。


2.根据权利要求1所述的基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法，其特征在于：
在所述步骤S5中，通信一方根据步骤S4获得的网格统计星座轨迹图的网格按照一定的阶数进行量化，得到量化后的网格统计星座轨迹图，通信另一方根据其网格统计星座轨迹图的网格减去偏差向量得到矫正后的网格统计星座轨迹图，再根据矫正后的网格统计星座轨迹图的网格按照一定的阶数进行量化，得到量化后的网格统计星座轨迹图。


3.根据权利要求2所述的基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法，其特征在于：所述偏差向量的获取方式为：在通信双方初次通信时，通信一方基于接收的另一方的网格统计星座轨迹图MA和自己的网格统计星座轨迹图MB相减，得到两个网格统计星座轨迹图的偏差向量。


4.根据权利要求1所述的基于网格统计星座轨迹图的密钥生成方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下步骤：
S31、通信双方分别对符号序列ZA和ZB进行能量归一化处理，以得到平均能量一致的符号序列和；
S32、通信双方分别对符号序列和先进行插值和滤波处理，以得到过采样的符号序列和，其中和的长度均为k*N，k为过采样的倍数，2≤k≤32，且k为正整数；
S33、通信双方对过采样后的符号序列和进行移位处理；
S34、将移位操作后的符号序列中的每一个点...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭林宁，付华，胡爱群，
申请(专利权)人：网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：江苏;32