Page 227 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 刘俊凯等： 隐蔽通信中基于水声信道的密钥生成技术 687

1.0 密通信时，由于考虑到水声信道的复杂性噪声收发
A € Bη᥋ 两端生成密钥的不匹配状况，预设了密钥匹配不成
0.8 B € Aη᥋
功情况下的替代加密密钥，故当发送加密数据帧时
ॆʷӑࣨϙ 0.6 要添加密钥标志，从而通知接收端采用的是预设密
钥还是实时密钥。相对于未采用实时加密算法的通
0.4
信方式额外增加一些通信数据；且水声信道的估计
和密钥生成算法增加了硬件平台的计算量。但对于
0.2
保密需求迫切的水下应用场合，通信数据和计算量

0 的少许增加认为是可以接受的。
0 0.1 0.2 0.3 0.4
ᄱࠫᄰ᣺᡹य़௑ण
致谢 感谢重点实验室对五缘湾试验的支持以及张
(a) ኄʷ൓η᥋̔̉ͥᝠη᥋
俊清工程师在试验过程中做出的努力。
1.0
A € Bη᥋
0.8 B € Aη᥋
参 考 文 献

ॆʷӑࣨϙ 0.6 [1] Ling J, He H, Li J, et al. Covert underwater acoustic

communications[J]. Journal of the Acoustical Society of
0.4
America, 2010, 128(5): 2898–2909.
0.2 [2] 韩笑, 殷敬伟, 郭龙祥, 等. 基于差分 Pattern 时延差编码和
海豚 whistles 信号的仿生水声通信技术研究 [J]. 物理学报,
0 2013, 62(22): 224301.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 Han Xiao, Yin Jingwei, Guo Longxiang, et al. Research
ᄱࠫᄰ᣺᡹य़௑ण
on bionic underwater acoustic communication technology
(b) ኄ̄ ൓η᥋̔̉ͥᝠη᥋
based on differential pattern time delay shift coding and
图 9 交互数据信道估计结果 dolphin whistles[J]. Acta Physica Sinica, 2013, 62(22):
224301.
Fig. 9 Channel estimation results based on inter-
[3] 石会, 龚晶, 顾里俊, 等. 一种基于信道脉冲响应 (CIR) 的物
active data
理密钥生成算法 [J]. 通信技术, 2018, 51(10): 2459–2463.
Shi hui, Gong Jing, Gu Lijun, et al. Physical key gen-
5 结论 eration algorithm based on channel impulse response[J].
Communications Technology, 2018, 51(10): 2459–2463.
针对水下信息隐蔽传输的需求，本文首先从信 [4] Wilson R, Tse D, Scholtz R A. Channel identification:
secret sharing using reciprocity in ultrawideband chan-
息加密密钥生成技术入手，利用水声信道存在明显
nels[J]. IEEE Transactions on Information Forensics and
的时变、空变、频变特性，通过匹配滤波器估计水声 Security, 2007, 2(3): 364–375.
信道，并基于水声信道估计生成加密密钥，从而提升 [5] Tope M A, McEachen J C. Unconditionally secure com-
信息的安全性能；采用基于 DCT 的信息隐蔽方法， munications over fading channels[C]. Military Communi-
cations Conference, 2001, 1: 54–58.
将传输的加密重要信息隐藏在普通载体之上，提高 [6] Lou Y M, Jin L, Zhong Z, et al. Secret key genneration
了信息的隐蔽性能，最终实现信息的安全隐蔽传输。 scheme based on MIMO received signal spaces[C]. Science
仿真与试验结果验证了基于水声信道冲激响应生 China: Information Science, 2016, 4: 4464–4477.
[7] Lal C, Petroccia R, Pelekanakis K. Toward the devel-
成加密密钥的可行性。
opment of secure underwater acoustic networks[J]. IEEE
采用本文的实时动态密钥生成算法来进行保 Journal of Oceanic Engineering, 2017, 42(4): 1075–1087.