We revisit the traditional framework of wireless secret key generation, where two parties leverage the wireless channel randomness to establish a secret key. The essence in the framework is to quantify channel randomness into bit sequences for key generation. Conducting randomness tests on such bit sequences has been a common practice to provide the confidence to validate whether they are random. Interestingly, despite different settings in the tests, existing studies interpret the results the same: passing tests means that the bit sequences are indeed random. In this paper, we investigate how to properly test the wireless channel randomness to ensure enough security strength and key generation efficiency. In particular, we define an adversary model that leverages the imperfect randomness of the wireless channel to search the generated key, and create a guideline to set up randomness testing and privacy amplification to eliminate security loss and achieve efficient key generation rate. We use theoretical analysis and comprehensive experiments to reveal that common practice misuses randomness testing and privacy amplification: (i) no security insurance of key strength, (ii) low efficiency of key generation rate. After revision by our guideline, security loss can be eliminated and key generation rate can be increased significantly.


翻译:我们重新审视了无线秘密钥匙生成的传统框架, 双方利用无线频道随机性来建立一个秘密钥匙。 框架的精髓在于将频道随机性量化为关键生成的位数序列。 在这种位数序列上进行随机性测试是常见的做法, 以提供验证它们是否随机性的信心。 有趣的是, 尽管测试中存在不同的环境, 现有研究对结果的解释也是一样的: 过量测试意味着比特序列确实是随机的。 在本文中, 我们研究如何适当测试无线频道随机性以确保足够安全强度和关键生成效率。 特别是, 我们定义了一种对抗模式, 利用无线频道不完美的随机性来搜索生成的键子, 并创建了一种指南, 以设置随机性测试和隐私放大来消除安全损失, 并实现高效的关键生成率。 我们使用理论分析和全面实验来揭示, 常用做法滥用随机性测试和隐私添加率:(i) 没有关键强度的安全保障, (ii) 关键生成率低。 在经过我们的指导方针修订后, 安全损失可以消除, 关键生成率可以大幅提高 。

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