【摘要】：5G通信模式是未來的發(fā)展趨勢,為應對不同網(wǎng)絡環(huán)境中的業(yè)務需求,5G通信系統(tǒng)將引入端到端技術,距離較近的用戶無需借助基站的幫助直接通信,提高信道質(zhì)量與數(shù)據(jù)傳輸速率。在這種開放式的對等網(wǎng)絡中,利用密鑰協(xié)商技術獲取會話密鑰,對無線信號加密是確保端到端數(shù)據(jù)傳輸安全的一種有效方法。針對現(xiàn)有密鑰協(xié)商技術普遍存在的密鑰生成時間長、用戶體驗差的問題。本文提出了一種基于第三方協(xié)助的物理層密鑰生成方法。合法通信雙方同步發(fā)送隨機序列,當發(fā)送的比特互異時,竊聽者無法分辨疊加波形。合法用戶在第三方的協(xié)助下,提取互異比特生成密鑰。新的密鑰協(xié)商方法密鑰生成速率快,時間短,能量消耗小,用戶體驗好,且安全性不受對手的計算能力限制。針對合法用戶發(fā)送波形不完全一致的實際情況,利用添加隨機抖動的方法解決微小偏差可能造成的密鑰泄露。此外,為了應對MIMO竊聽者,本文進一步提出一種隨機曼徹斯特的編碼方法。我們利用USRP軟件無線電設備搭建了實驗平臺,并對新的密鑰協(xié)商方法開展了模擬實驗,實驗結果驗證了新的密鑰生成方法在實際中的可行性和正確性。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN918.4
【圖文】：

USRP設備千兆以太網(wǎng)口USRP設備千兆以太網(wǎng)口物理信道發(fā)送端 接收端圖 4-4 GNU Radio 軟件平臺結構GNU Radio 軟件平臺與 USRP 外部設備之間進行通信時需要 UHD 軟件進行驅動。GNU Radio 的應用主要是用 Python 編程語言編寫的，但是其核心信號處理模塊是 C++語言在帶浮點運算的微處理器下構建的。GNU Radio 具有開源的庫，其極大地方便了開發(fā)者的學習和使用，并使得開發(fā)者能夠簡單快速的構建一個實時、高容量的無線通信系統(tǒng)。大部分的 GNU 系統(tǒng)使用 Linux 作為內(nèi)核，這些系統(tǒng)也被稱為 GNU/Linux 系統(tǒng)。GNU Radio 軟件平臺界面如圖 4-5 所示

圖 4-8 實際通信場景通過利用USRP N210軟件無線電設備做實驗，輸入的數(shù)字基帶信號如圖 4所示。數(shù)字基帶信號Alice和Bob的發(fā)送序列分別為01010010101和1000011011數(shù)字基帶信號經(jīng)過 ASK 調(diào)制時添加隨機抖動上述隨機抖動，再經(jīng)過上變頻送到射頻前端，經(jīng)過天線發(fā)送到協(xié)助方第三方 Carol，Carol 經(jīng)過下變頻再經(jīng)過 AS解調(diào)，得到的信號如圖 4-10(a)所示。

28圖 4-11 非重疊字匹配測試部分結果然而上面的數(shù)據(jù)長度和比特流個數(shù)不能完全通過所有的隨機性檢驗測試，這是因為部分測試對數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)長度有一定的要求，例如二進制矩陣秩測試（Rank Test）是源序列中固定長度的子鏈間的線性依賴關系，但是進行測試時每一比特流的數(shù)據(jù)長度必須是 的矩陣形式，因此通過設置測試數(shù)據(jù)長度L %�，比特流个数N ，二進制矩陣秩測試結果如圖 4-12 所示。

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