[00105422]移動條件下短距離無線通信物理層安全關鍵技術研究

該項目為國家自然科學基金資助青年科學基金項目（項目批準號：61602053）。

該項目以移動場景下無線信號特征提取與分析、節點間時鐘同步、密鑰提取與協商、密鑰交換認證協議、干擾節點選擇與干擾模型為研究主線，主要研究成果如下：

1. 無線信號特征提取與分析該項目通過研制硬件無線設備節點，利用真實實驗，采集大量數據，研究了無線信號特征，實驗表明無線信號在傳輸過程中受多種因素影響，如多徑、

干擾等，這些特征與物理環境與無線環境有關，是一個時變的環境；另外，不同位置的一對收發節點的信號特征也有很大區別，即便距離相差不大，這與其多徑干擾等因素有關。通過對無線特征的研究與分析，掌握了無線信號變化特點，為利用物理層無線信號特征進行相關研究取得了重要依據。

2. 時間誤差自適應校準算法該項目在研究了無線信號特征的基礎上，研究了時間誤差校準算法。提出了一種基于 FFT 的時間誤差自適應校準方法，算法根據 TIADC 輸出信號頻譜特點，以時間誤差導致的誤差譜幅度為校準依據，調節采樣時鐘相位使得誤差譜幅度最小，實現自適應校準。該算法無需單獨測量時間誤差即可實現校準，相對于已有自適應算法迭代次數少、校準時間短，無需在系統內部額外產生參考信號，容易實現。仿真和實際系統中的實驗結果證明了該算法具有良好的性能：校準之后，殘余相對時間誤差小于 0.001；在實際的2.5GS/s 的 TIADC 系統中，即使輸入 1GHz 的高頻正弦信號，由時間誤差導致的誤差譜都能得以完全消除。

3. 基于無線信號特征的對稱密鑰提取方法該項目提出了自適應分組量化算法和基于糾錯碼的模糊提取算法。對提取的信道特征分組，根據每組判決門限值進行初始密鑰提取。在初始密鑰協商中僅使用糾錯碼及異或運算進行處理。同時通過密鑰提取器生成最終密鑰，初始密鑰協商和最終密鑰生成應用模糊提取技術一步完成，簡化傳統物理層密鑰提取的步驟。

4. 基于種子密鑰的會話密鑰生成與應用課題組研究了利用種子密鑰進行會話密鑰的安全實現方式，并將其應用于智能家居的智能門鎖領域：智能鎖和云服務器分別存有相同的種子密鑰和密鑰生成函數，且智能鎖有與服務器保持同步的時鐘部件。當用戶需要開鎖時，智能鎖會以種子密鑰和時間節點為參數，根據密鑰生成函數生成本次開鎖密碼。提供了一種無交互、低成本、更安全的動態密碼智能鎖的實現方式，極大的便利了用戶，節約成本，同時還能降低密碼泄露的風險。

5. 基于 Wi-Fi 特征的身份認證機制由于 Wi-Fi 通信信道的開放性，為了安全起見，用戶設備和網關之間的通信數據需要進行加密。該項目采用了基于雙線性橢圓曲線加密算法的匿名密鑰協商方法，并利用隱藏通信的方式將密鑰協商過程隱藏在正常的數據往來中，將原有通信協議包頭部分的保留位作為密鑰協商信息的載體，較好的隱藏了密鑰協商過程，實現了更為安全的身份認證及密鑰協商方法。