基于KL变换的无线信道密钥提取方法.pdf

第４７卷第２期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４７ Ｎｏ．２ 　 ２０１７年３月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｍａｒ．２０１７ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１７．０２．００１ 基于ＫＬ变换的无线信道密钥提取方法 李古月　 胡爱群 （东南大学信息科学与工程学院，南京２１００９６） 摘要：为了解决基于无线信道特征的密钥生成方案中信道特征测量值不互易且高度冗余的问 题，提出了一种基于ＫＬ变换的无线信道密钥提取方法．首先，将ＫＬ变换划分为信号分组、变 换矩阵计算和信号变换３个部分，并对各个部分进行数学建模，分别阐明了有交互和无交互２种 ＫＬ变换的特点．然后，计算了交互协方差矩阵或变换矩阵引起的信息泄露率，并分析了２种变 换的计算复杂度．结果表明，有交互的ＫＬ变换可以提高密钥的一致性，降低计算复杂度，泄露 信息足以忽略，更加适用于无线信道密钥生成． 关键词：密钥生成；物理层安全；ＫＬ变换；相关系数；特征向量 中图分类号：ＴＮ９１８８２　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１７）０２０２０３０６ Ｓｅｃｒｅｔｋｅｙｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｃｈａｎｎｅｌ ｂａｓｅｄｏｎＫＬｔｒａｎｓｆｏｒｍ ＬｉＧｕｙｕｅ　 ＨｕＡｉｑｕｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｎｏｎｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｏｆｃｈａｎｎｅｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｉｎｓｅｃｒｅｔｋｅｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｗｉｒｅｌｅｓｓｃｈａｎｎｅｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｓｅｃｒｅｔ ｋｅｙｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈｂａｓｅｄｏｎＫＬｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅＫＬｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅｐａｒｔｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｉｇｎａｌｐａｒｔｉｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍｍａｔｒｉｘｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅ ｓｐｏｎｄｉｎｇｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｅａｃｈｓｔｅｐｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｗｏＫＬｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ ｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｒｅｃｌａｒｉｆｉｅｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｌｅａｋａｇｅｒａｔｅｃａｕｓｅｄｂｙ ｃｏｖａｒｉａｎｃｅｏｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｍａｔｒｉｘｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｅ ｔｗｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＫＬｔｒａｎｓｆｏｒｍｗｉｔｈｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｃａｎｅｎｈａｎｃｅ ｋｅｙａｇｒｅｅｍｅｎｔ，ｒｅｄｕｃｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙａｎｄｌｅａｄｔｏｎｅｇｌｉｇｉｂｌｙｓｍａｌｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｌｅａｋａｇｅ， ｍａｋｉｎｇｉｔｍｏｒｅａｐｐｌｉｃａｂｌｅｆｏｒｓｅｃｒｅｔｋｅｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｆｒｏｍｗｉｒｅｌｅｓｓｃｈａｎｎｅｌ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｃｒｅｔｋｅｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒｓｅｃｕｒｉｔｙ；ＫＬｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ； ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ 　　随着无线设备（