Deep learning-based physical-layer secret key generation (PKG) has been used to overcome the imperfect uplink/downlink channel reciprocity in frequency division duplexing (FDD) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems. However, existing efforts have focused on key generation for users in a specific environment where the training samples and test samples obey the same distribution, which is unrealistic for real world applications. This paper formulates the PKG problem in multiple environments as a learning-based problem by learning the knowledge such as data and models from known environments to generate keys quickly and efficiently in multiple new environments. Specifically, we propose deep transfer learning (DTL) and meta-learning-based channel feature mapping algorithms for key generation. The two algorithms use different training methods to pre-train the model in the known environments, and then quickly adapt and deploy the model to new environments. Simulation results show that compared with the methods without adaptation, the DTL and meta-learning algorithms both can improve the performance of generated keys. In addition, the complexity analysis shows that the meta-learning algorithm can achieve better performance than the DTL algorithm with less time, lower CPU and GPU resources.


翻译:深层次学习基于物理的隐秘关键生成(PKG)已被用于克服频率分解(FDD)或超频分多x(OFDM)系统中不完善的上链/下链通道对等系统,然而,目前的努力侧重于在特定环境中用户的关键生成,在特定环境中,培训样本和测试样本遵守同样的分布,这对真实世界应用来说是不现实的。本文将多种环境中的PKG问题作为一个基于学习的问题,通过学习诸如从已知环境中获得的数据和模型等知识,在多个新环境中快速高效生成键。具体地说,我们建议为关键生成提供深度传输学习(DTL)和基于元学习频道特征映射算法。两种算法使用不同的培训方法在已知环境中对模型进行预先培训,然后将模型迅速调整和部署到新的环境中。模拟结果显示,与不适应的方法相比,DTL和元学习算法可以提高生成键的性能。此外,复杂分析表明,元学习算法比DTL算法在较慢的时间、更低的CPU和GPOL资源中实现更好的业绩。

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