27、无线通信中的密钥协商与保密通信技术

无线通信中的密钥协商与保密通信技术

1. 密钥不一致性能与信噪比

在密钥协商技术中，密钥长度为 128 时，有原始方法和改进方法。原始方法是在两个站点检测 3 个峰值来生成密钥序列，改进方法是在一个站点使用 5 个峰值，其性能得到了提升。同时，对原始方法和改进方法都应用了纠错方案，该纠错方案在模拟中能纠正最多 3 个错误比特。

从密钥不一致性能与信噪比的关系图中可以看出，当结合这两种技术时，不一致比率非常小。虽然 128 比特中能纠正 3 比特的纠错能力相对较小，但改进方案使不一致比特数量显著减少，所以这种轻量级的纠错方案足以确保两个密钥序列达成一致。

2. 基于 ESPAR 天线的密钥协商原型系统

为了验证相关方案的可行性，开发了基于 ESPAR 天线方案的原型硬件。该硬件采用 ZigBee 作为底层无线电系统，其芯片组的规格如下表所示：
| 规格 | 详情 |
| — | — |
| 无线电频率 | 2.4 GHz |
| 发射功率 | 1 mW (0 dBm) |
| 数据调制 | Offset - QPSK |
| 数据速率 | 250 kbps |
| 扩频系统 | 直接序列 |
| 扩频码片速率 | 2 Mchips/s |

接入点硬件由三部分组成：
1. 微控制器生成随机序列，该序列在 D/A 转换器处转换为模拟电压组合（电抗向量），以馈送到寄生元件的变容二极管，从而改变 ESPAR 天线的方向图。
2. ZigBee 芯片组有输出端口可获取 RSSI 值，微控制器利用这些值生成秘密密钥序列。
3. 终端硬件相对简