[00511088]移动条件下短距离无线通信物理层安全关键技术研究

该项目为国家自然科学基金资助青年科学基金项目（项目批准号：61602053）。

该项目以移动场景下无线信号特征提取与分析、节点间时钟同步、密钥提取与协商、密钥交换认证协议、干扰节点选择与干扰模型为研究主线，主要研究成果如下：

1. 无线信号特征提取与分析该项目通过研制硬件无线设备节点，利用真实实验，采集大量数据，研究了无线信号特征，实验表明无线信号在传输过程中受多种因素影响，如多径、

干扰等，这些特征与物理环境与无线环境有关，是一个时变的环境；另外，不同位置的一对收发节点的信号特征也有很大区别，即便距离相差不大，这与其多径干扰等因素有关。通过对无线特征的研究与分析，掌握了无线信号变化特点，为利用物理层无线信号特征进行相关研究取得了重要依据。

2. 时间误差自适应校准算法该项目在研究了无线信号特征的基础上，研究了时间误差校准算法。提出了一种基于 FFT 的时间误差自适应校准方法，算法根据 TIADC 输出信号频谱特点，以时间误差导致的误差谱幅度为校准依据，调节采样时钟相位使得误差谱幅度最小，实现自适应校准。该算法无需单独测量时间误差即可实现校准，相对于已有自适应算法迭代次数少、校准时间短，无需在系统内部额外产生参考信号，容易实现。仿真和实际系统中的实验结果证明了该算法具有良好的性能：校准之后，残余相对时间误差小于 0.001；在实际的2.5GS/s 的 TIADC 系统中，即使输入 1GHz 的高频正弦信号，由时间误差导致的误差谱都能得以完全消除。

3. 基于无线信号特征的对称密钥提取方法该项目提出了自适应分组量化算法和基于纠错码的模糊提取算法。对提取的信道特征分组，根据每组判决门限值进行初始密钥提取。在初始密钥协商中仅使用纠错码及异或运算进行处理。同时通过密钥提取器生成最终密钥，初始密钥协商和最终密钥生成应用模糊提取技术一步完成，简化传统物理层密钥提取的步骤。

4. 基于种子密钥的会话密钥生成与应用课题组研究了利用种子密钥进行会话密钥的安全实现方式，并将其应用于智能家居的智能门锁领域：智能锁和云服务器分别存有相同的种子密钥和密钥生成函数，且智能锁有与服务器保持同步的时钟部件。当用户需要开锁时，智能锁会以种子密钥和时间节点为参数，根据密钥生成函数生成本次开锁密码。提供了一种无交互、低成本、更安全的动态密码智能锁的实现方式，极大的便利了用户，节约成本，同时还能降低密码泄露的风险。

5. 基于 Wi-Fi 特征的身份认证机制由于 Wi-Fi 通信信道的开放性，为了安全起见，用户设备和网关之间的通信数据需要进行加密。该项目采用了基于双线性椭圆曲线加密算法的匿名密钥协商方法，并利用隐藏通信的方式将密钥协商过程隐藏在正常的数据往来中，将原有通信协议包头部分的保留位作为密钥协商信息的载体，较好的隐藏了密钥协商过程，实现了更为安全的身份认证及密钥协商方法。