水下声通信物理层密钥生成方案

刘景美，沈志威，韩庆庆，刘景伟

（西安电子科技大学通信工程学院，陕西 西安 710071）

1 引言

近年来，物理层密钥生成技术凭借其特有的优点（理论安全、算法简单、不需要预分发等）引起了学术界的广泛关注。目前，已有大量关于密钥生成技术的研究。文献[1]将密钥生成技术应用于跳频系统。文献[2-3]研究了双方不在彼此通信范围内时利用中继节点辅助密钥生成的方案。文献[4-5]研究了小组通信中的密钥生成。文献[6-7]提出了适合应用在频分双工（FDD, frequency division duplex）无互易系统中的物理层密钥生成技术。文献[8-10]将密钥生成技术拓展至水下声系统中。文献[8]首次提出在水声通信系统中应用物理层密钥生成技术。文献[9]提出利用接收信号强度作为信道特征进行水下密钥生成，利用正交频分复用（OFDM, orthogonal frequency division multiplexing）系统加快密钥生成速率（KGR, key generation rate），利用平滑滤波器提高密钥一致率（KAR, key agreement rate），并比较了几种不同的量化方式下的密钥一致性。文献[10]利用信道频率响应（CFR, channel frequency response）作为信道特征，提出了一种通过自适应导频以及分块密钥认证来提高一致率的方案，并通过水下环境实测，检验了通信双方测量值的相关性。

然而已有的水下密钥生成技术都假设在较为理想的情况。文献[9]只是将一系列传统的密钥生成技术应用于水下环境，OFDM系统和平滑滤波器都是常见的密钥生成技术[11-14]，没有讨论生成密钥的随机性以及KGR。文献[10]忽略了多普勒频移影响，即忽略了物体移动，然而实际的应用场景往往都是动态变化的，如水下无人艇的通信。……