1.一种基于无线信道特征的内生安全通信方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:提取发送设备的射频指纹,作为身份密钥K;S2:提取信道特征,作为信道密钥K z ;S3:基于身份密钥K、信道密钥K z 生成发送端的物理层种子密钥SeedA和接收端的物理层种子密钥SeedB;S4:根据生成的种子密钥SeedA、SeedB,对应产生密钥流sA和sB;S5:发送端利用密钥流sA对调制后信号进行物理层加密并发送,接收端利用密钥流sB对接收信号进行验证;S6:若验证成功,则进行物理层解密;否则,报错并重新进行身份认证;其中,所述步骤S1具体包括以下步骤:S11:通过接收机天线阵列接收信号,对接收信号进行信道估计,令k=1;S12:对第k个载波的信道估计结果计算自相关矩阵R(k),并对自相关矩阵R(k)进行增秩处理,得到第k个载波的增秩自相关矩阵R(k);S13:对R(k)计算多径信号幅值;S14:判断k是否等于N,N为载波的总数;如果等于,则进行步骤S15;若不等于,则令k=k+1,返回会自行步骤S12;S15:对每个载波的多径信号幅值进行排序,选择路径,得到射频指纹,并将射频指纹作为身份密钥K;所述步骤S5具体为包括以下步骤:S51:发送端利用调制后的复数序列,根据密钥流sA进行等距变换,生成酉矩阵,然后进行物理层加密;S52:接收端对于接收到的信号,添加密钥流sB后进行CRC验证。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法,其特征在于,在所述步骤S2中,设Alice为发送者,Bob为合法接收者,Eve为被动窃听者,三者均为单天线;其中,Alice与Bob之间的信道称为主信道,具体步骤包括:S21:选取主信道特征u 0 作为生成密钥的随机变量;S22:假设信道为块衰落信号,则u 0 在一个时隙内不变,在不同时隙取值独立;S23:Alice与Bob通过在同一个时隙内测量对方发送的导频信号对u 0 进行估计,得到u A 和u B ;S24:对u A 和u B 进行量化,得到保密序列v A 和v B ,将保密序列v A 作为信道密钥K z 。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法,其特征在于,所述步骤S3具体为:在消息认证开始之前,根据身份密钥K、信道密钥K z ,通过散列函数生成发送端的物理层种子密钥SeedA和接收端的物理层种子密钥SeedB。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法,其特征在于,所述步骤S4具体为:根据种子密钥SeedA、SeedB,利用流密钥对应产生密钥流sA和sB。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法,其特征在于,在所述步骤S51中,所述的酉矩阵U具体表示为:UU H =U H U=I n其中,(·) H 是共轭转置;|det(U)|=1,U矩阵的所有行和列向量都是标准正交基,任何N×N酉矩阵U具有N 2 独立的实相参数,因此,根据密钥流sA生成给定的旋转方向 然后生成N×N的酉矩阵U。
6.根据权利要求5所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法,其特征在于,所述步骤S6具体为:若通过CRC校验则说明sA=sB,此时Bob认为加密消息来自Alice,继续通信;认证通过后,Bob利用密钥流sB生成与酉矩阵U对应的解密矩阵进行解密;否则,说明加密消息产生错误或者该消息来自Eve为被动窃听者Eve,重新进行身份认证。
7.根据权利要求1~6任一项所述的一种基于无线信道特征的内生安全通信方法,其特征在于,还包括以下步骤:后续通信中,Bob将密钥流sB添加到消息上发送给Alice;Alice采用相同的方法对接收消息进行认证,实现信息的交互。