技术摘要：
本发明公开了一种MIMO‑OFDM系统的主动信道密钥生成方法及系统，该方法的通信双方通过引入酉矩阵增加信道的波动性，在准静态场景下仍然保持较高的密钥生成速率，通过引入回传机制以及信号处理函数可以消除设备指纹的影响，提高整个密钥生成算法的鲁棒性，在信道的相干  全部
背景技术：
无线信道的互异性，时间和空间上的变化性使得其可以成为提取密钥的随机源， 互易性决定了密钥的可靠性，时间与空间上的变化性保证了密钥的机密性。无线信道的快 速变化主要依赖于小尺度衰落，当无线通信终端在快速移动时，信道的变化快速且明显。例 如在车载网络中，信道的变化性容易得到保障，生成的密钥变化速度快，密钥信息熵高。但 是有些场景下的信道变化速度很慢，将变化十分缓慢且微小的信道定义为准静态信道，例 如固定安装的两个物联网节点之间的信道。在理想情况下，信道密钥生成方法产生的密钥 应该是相互独立的，然而在准静态信道下，信道的随机性不够，信道特征经过量化、信息调 和、隐私放大后将得到相似度过高甚至相同的密钥。 现有的采用信道特征作为唯一的随机来源的信道密钥生成方法已经不能满足实 际场景中的需要。为了加快信道的波动速度，进而可以高速率地生成高随机性、高熵率的通 信密钥，需要对信道进行主动构造。在通信系统中，密钥对数据进行加密，保证通信过程的 安全性，因而在对信道进行主动构造时，构造方法的安全性同样需要予以重视。现有的构造 方法往往不能阻挡窃听者的被动攻击或者近端攻击，这些方法虽然在准静态场景下对密钥 生成速率有所提升，但是安全性有待提高。 在主动信道密钥生成的鲁棒性方面，由于设备指纹的存在，现有的信道密钥生成 方法往往忽略了设备指纹的影响。考虑实际应用场景中存在的设备指纹的影响，现有密钥 生成算法协商双方获得的信息不再完全一致，因而密钥生成算法的鲁棒性需要进一步提 高。
技术实现要素：
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种MIMO-OFDM系统的主动信道 密钥生成方法，该方法考了实际应用场景中存在的设备指纹的影响，生成的密钥一致性更 好、安全性更高、鲁棒性更高。 技术方案：本发明所述的MIMO-OFDM系统的主动信道密钥生成方法包括： (1)MIMO-OFDM系统中通信双方分别获取各自的公开导频信号，并在本地随机产生 各自的私密信道系数增益酉矩阵； (2)通信双方分别根据各自的公开导频信号生成各自的第一传递信号，所述第一 传递信号为从公开导频信号中提取的元素形成的对角矩阵； (3)通信双方分别通过第一频段向另一方发送第一传递信号，并接收另一方发送 的第一传递信号； (4)通信双方分别根据接收的第一传递信号和各自的私密信道系数增益酉矩阵生 4 CN 111555869 A 说　明　书 2/6 页 成各自的第二传递信号； (5)通信双方分别通过第二频段向另一方发送第二传递信号，并接收另一方发送 的第二传递信号； (6)通信双方分别根据接收的第二传递信号在本地计算得到共有矩阵； (7)通信双方分别将共有矩阵量化为比特流，然后对量化后的比特流进行信息调 和以及隐私放大，获得一致密钥。 进一步的，步骤(2)中所述第一传递信号的生成方式为： 式中，S1表示第一传递信号， 表示公开导频信号，p1 , p2,…,pm表示公开导频信号的第1,2,…,m个元素，f(·)表示抽取·元素形成对角矩阵的函 数。 进一步的，步骤(4)中所述第二传递信号的生成方式为： S2＝f(G ⊙ Diag(Y1)) 式中，S2表示第二传递信号，f(·)表示抽取·元素形成对角矩阵的函数，G表示私 密信道系数增益酉矩阵， 表示通信方接收的第一传递信号， diag( )表示对方块矩阵取对角元素并且排成 一列，⊙ 表示矩阵Hadamard运算。 进一步的，步骤(6)中共有矩阵的生成方法包括： (6-1)对接收的第二传递信号进行如下处理得到： 式中， 表示接收的第二传递信号， diag( )表示对方块矩阵取对角元素并且排成 一列； (6-2)将 去除公开导频信号后再与本地的私密信道系数增益酉矩阵相乘，得到： 式中，K表示共有矩阵，P表示公开导频信号，G表示私密信道系数增益酉矩阵， 表 示点除运算，⊙ 表示矩阵Hadamard运算。 进一步的，所述第一频段和第二频段是指任何满足相干间隔的两个频段。 进一步的，步骤(7)中所述量化方法为单门限量化、多门限量化、自适应门限量化、 均匀量化中任意一种。所述信息调和方法基于LDPC编码，所述隐私放大为哈希函数映射。 5 CN 111555869 A 说　明　书 3/6 页 本发明所述的MIMO-OFDM系统的主动信道密钥生成系统，包括两个通信端，每个通 信端包括处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所 述程序时实现上述方法。 有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是： 1、本发明提供了一种MIMO-OFDM系统下，可以对抗被动窃听的鲁棒的主动信道密 钥生成方法。本发明解决了现有算法单一采用信道随机性在准静态信道下无法正常工作的 缺陷，相比现有技术，可以在准静态信道场景下生成高随机性，高熵率的密钥。本发明还解 决了现有方法中无法抵抗被动攻击的缺点，增强了信道密钥生成方法的实用性。本发明还 考虑了通信双方的设备指纹，使得通信双方在包含设备指纹的前提下获得一致的信息，相 较于以往发明，提高了算法的鲁棒性。在本发明中，通信双方分别产生私有信道系数增益酉 矩阵及公开导频信号，选用不同的频段发送不同的信号，在发送信号之前对信号采用函数 处理，使得通信双方之间的共有信息以哈德玛积呈现。通过量化将通信双方得到的特征值 量化成比特流。再通过信息调和、隐私放大等步骤可以在通信双方之间生成一致的密钥。 2、本发明通过对发送信号选用的频段进行合理设计，无论窃听者采用被动窃听还 是近端窃听的攻击方式，对窃听到的信号进行运算都无法获得与合法通信方一致的信息。 因此本发明相较于以往的方法，在安全性上有了显著提高。 3、本发明相比于以往信道密钥生成算法，在鲁棒性上有了显著提高。由于信道指 纹的存在，密钥协商双方收到的信息都含有发射机设备指纹和接收机设备指纹，本发明通 过合理的设计以及函数处理，协商双方可以获得含有信道指纹的一致信息，提高了算法的 鲁棒性。 附图说明 图1是本发明提供的MIMO-OFDM系统的主动信道密钥生成方法的一个实施例的流 程示意图； 图2是图1所示方法在4×4MIMO场景下的天线工作状态图。