技术特征：
1.一种用于无线安全通信的物理层密钥生成方法，其特征在于，包括：用户a接收用户b发送的频域导频信号，并根据接收的频域导频信号估计频域合法信道的相位；用户a随机生成原始密钥符号；用户a根据估计的频域合法信道相位预失真原始密钥符号，得到用户a的频域发送信号，用户a对频域发送信号进行多载波调制，得到物理层密钥发送信号，发送给用户b；用户b对用户a的物理层密钥发送信号进行采样、解调得到频域信号，对频域信号进行采样时间偏差和载波相位偏差补偿，得到同步符号集合；用户b对同步符号集合进行信道译码，得到估计密钥序列集合；用户b根据预设规则判断估计密钥序列集合中是否存在有效的估计密钥序列；若存在，则将该有效的估计密钥序列作为有效密钥序列，并向用户a发送物理层密钥生成成功的信号；否则用户b向用户a发送物理层密钥生成失败的信号，并开始新一轮的物理层密钥生成。2.根据权利要求1所述的用于无线安全通信的物理层密钥生成方法，其特征在于，用户a接收用户b发送的频域导频信号，根据接收的频域导频信号估计频域合法信道的相位，具体为：用户a接收用户b发送的频域导频信号{s
pilot
(k)|k＝0,1,...,n
sub
‑
1}，并在频域将该接收的频域导频信号表示为：y
a
(k)＝s
pilot
(k)h(k)+n
a
(k),k＝0,1,...,n
sub
‑
1；按下式来估计频域合法信道，进而得到频域合法信道的相位按下式来估计频域合法信道，进而得到频域合法信道的相位按下式来估计频域合法信道，进而得到频域合法信道的相位其中，n
sub
表示频域合法信道所使用的子载波的总数，{h(k)|k＝0,1,...,n
sub
‑
1}表示频域合法信道，表示用户a接收到的加性复高斯白噪声信号；|
·
|表示取幅度，θ(
·
)表示取相位。3.根据权利要求1所述的用于无线安全通信的物理层密钥生成方法，其特征在于，用户a随机生成原始密钥符号，具体是：用户a生成随机密钥序列，并为随机密钥序列添加crc序列，然后进行信道编码和mpsk映射，得到原始密钥符号。4.根据权利要求3所述的用于无线安全通信的物理层密钥生成方法，其特征在于，用户a随机生成原始密钥符号，具体包括：步骤1，生成随机密钥序列其中，n
orig
表示随机密钥序列的长度；步骤2，计算随机密钥序列b
orig
的crc序列其中，n
crc
表示crc序列的长度；将crc序列b
crc
合并到随机密钥序列b
orig
尾部，得到原始密钥序列
其中，n
key
表示原始密钥序列的长度，n
key
＝n
orig
+n
crc
；步骤3，对原始密钥序列b进行信道编码，得到码字其中，n
code
表示码字的长度；步骤4，使用二进制gary码mpsk映射码字c得到原始密钥符号{s
a
(k)|k＝0,1,...,n
s
‑
1}；其中，mpsk表示m阶相移键控；n
s
＝n
code
/n
map
表示原始密钥符号的长度，并且满足n
s
≤n
sub
，n
sub
表示频域合法信道所使用的子载波的总数，n
map
＝log2(m)表示星座图符号集s中的每个星座点对应的二进制比特数。5.根据权利要求4所述的用于无线安全通信的物理层密钥生成方法，其特征在于，判断估计密钥序列集合中是否存在有效的估计密钥序列，具体是：判断估计密钥序列集合中是否存在满足crc校验的估计密钥序列，若存在，则估计密钥序列集合中存在有效的估计密钥序列。6.根据权利要求1所述的用于无线安全通信的物理层密钥生成方法，其特征在于，用户a根据估计的频域合法信道相位预失真原始密钥符号，得到用户a的频域发送信号，具体按如下公式进行：其中，为用户a对频域合法信道的估计相位，{s
a
(k)|k＝0,1,...,n
s
‑
1}为原始密钥符号，n
s
表示原始密钥符号的长度，{x
a
(k)|k＝0,1,...,n
s
‑
1}为用户a的频域发送信号。7.根据权利要求1所述的用于无线安全通信的物理层密钥生成方法，其特征在于，用户b对用户a发送的物理层密钥信号进行采样、解调得到频域信号，具体是：用户b对用户a发送的物理层密钥信号进行采样，采样得到的信号经fft变换，得到用户b的频域信号表示为：表示为：其中，{x
a
(k)|k＝0,1,...,n
s
‑
1}为用户a的频域发送信号，{h(k)|k＝0,1,...,n
s
‑
1}表示频域合法信道，表示用户b接收到的加性高斯白噪声，n
s
表示原始密钥符号的长度。8.根据权利要求7所述的用于无线安全通信的物理层密钥生成方法，其特征在于，对频域信号进行采样时间偏差和载波相位偏差补偿，得到同步符号集合，具体为：设载波相位偏差的搜索值采样时间偏差的搜索值τ∈(
‑
0.5,0.5)，利用搜索值对用户b的频域信号的相位进行补偿，补偿之后的信号相位{φ(k)|k＝0,1,...,n
s
‑
1}为：
{ω(k)|k＝0,1,...,n
s
‑
1}表示合法信道的子载波频率；n
s
表示原始密钥符号的长度；按下式计算补偿之后的信号相位{φ(k)|k＝0,1,...,n
s
‑
1}中各相位与各自最接近的mpsk星座点的相位之间的均方误差mpsk星座点的相位之间的均方误差在相位和时间两个维度上搜索均方误差的最小值δ
min
，并将最小值δ
min
对应的信号相位{φ
min
(k)|k＝0,1,...,n
s
‑
1}与用户b的频域信号的幅值相结合，得到同步符号{y
b
(k)|k＝0,1,...,n
s
‑
1}，公式为：每个同步符号对应得到m个同步符号样本，完整的同步符号样本集合y
b
表示为：表示为：其中，m表示mspk的阶数。9.根据权利要求8所述的用于无线安全通信的物理层密钥生成方法，其特征在于，用户b对同步符号集合进行信道译码，具体是：根据星座点s
n
对应的n
map
个二进制比特中的第i个比特b
i
(s
n
)的取值，将星座图符号集s等分为集合和按下式计算第m个同步符号样本的第k位中的第i个比特的软信息：其中，m＝0,1,k,m
‑
1，k＝0,1,...,n
s
‑
1，i＝0,1,...,n
map
‑
1，b
i
(s
a
(k))表示原始密钥符号的第k位s
a
(k)对应的n
map
个二进制比特中的第i个比特的取值，为同步符号的频域等效噪声功率，e表示mpsk星座点的平均功率；综合所有同步符号样本中所有比特的软信息，得到同步符号样本集合的软信息，根据
同步符号样本集合的软信息进行译码，输出估计密码序列集合。
技术总结
本发明提供一种用于无线安全通信的物理层密钥生成方法，密钥由用户随机生成，使用本发明中的方法生成的密钥具有更大的密钥熵，更难以被窃听用户恶意分析；即使在信道衰落变化较慢的环境中，本发明依然能保证密钥的生成和更新速率本发明考虑通信双方采样非同步时接收端的采样信号中存在的采样时间偏差和载波相位偏差，在接收端对采样信号的采样时间偏差和载波相位偏差进行了补偿，使本发明中的物理层密钥生成方法在通信双方采样非同步的情况下也能正常使用。下也能正常使用。
技术研发人员：穆鹏程 郭子豪 王文杰 张渭乐 郑通兴
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.08.27
技术公布日：2021/11/30