The physical-layer secret key generation has emerged as a promising solution for establishing cryptographic keys by leveraging reciprocal and time-varying wireless channels. However, existing approaches suffer from low key generation rates and vulnerabilities under various attacks in slowly varying environments. We propose a new physical-layer secret key generation approach with channel obfuscation, which improves the dynamic property of channel parameters based on random filtering and random antenna scheduling. Our approach makes one party obfuscate the channel to allow the legitimate party to obtain similar dynamic channel parameters yet prevents a third party from inferring the obfuscation information. Our approach allows more random bits to be extracted from the obfuscated channel parameters by a joint design of the K-L transform and adaptive quantization. A testbed implementation shows that our approach, compared to the existing ones that we evaluate, performs the best in generating high entropy bits at a fast rate and a high-security level in slowly varying environments. Specifically, our approach can achieve a significantly faster secret bit generation rate at about $67$ bit/pkt, and the key sequences can pass the randomness tests of the NIST test suite.


翻译:物理层秘密关键数据组的生成,已成为利用对等和时间变化的无线频道建立加密钥匙的有希望的解决方案。然而,现有方法在缓慢的不同环境中受到各种攻击,其关键生成率和脆弱性较低。我们建议采用新的物理层秘密关键生成方法,采用频道模糊化法,改善基于随机过滤和随机天线调度的频道参数的动态特性。我们的方法使一方模糊了频道,让合法方获得类似的动态频道参数,但阻止第三方推断模糊信息。我们的方法允许通过联合设计K-L变换和适应性二次量化来从模糊的频道参数中提取更多随机位数。测试中的实施显示,与我们评估的现有方法相比,我们的方法在以快速的速度生成高蛋白质和缓慢变化环境中的高安全度方面表现最佳。具体地说,我们的方法可以在大约67美元位/平方特上实现大大加快的秘密位生成率。关键序列可以通过 NIST 测试套件的随机性测试。

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