Page 227 - 应用声学2019年第4期
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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.
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