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龍圖騰網(wǎng)恭喜興唐通信科技有限公司;中國信息通信研究院;中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司浙江省分公司;北京郵電大學(xué)申請的專利一種利用5G NR物理層信息的IPv6終端身份認(rèn)證方法獲國家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國家知識產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號為：CN116017451B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-03-21發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請?zhí)?專利號為：202211652394.X，技術(shù)領(lǐng)域涉及：H04L61/503；該發(fā)明授權(quán)一種利用5G NR物理層信息的IPv6終端身份認(rèn)證方法是由趙閃;季朗;王宇飛;艾璐;李穎;卜哲;靳文京;鄭學(xué)欣;劉彥龍;黃暉;張煜;楊洋設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2022-12-21向國家知識產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請。

本一種利用5G NR物理層信息的IPv6終端身份認(rèn)證方法在說明書摘要公布了：本發(fā)明公開了一種利用5GNR物理層信息的IPv6終端身份認(rèn)證方法，屬于無線通信安全領(lǐng)域。首先構(gòu)建存在竊聽者的移動(dòng)安全通信系統(tǒng)模型；然后合法通信雙方通過互相發(fā)送探測信號，進(jìn)而對通信信道進(jìn)行信道估計(jì)，接著對信道估計(jì)矩陣進(jìn)行解相關(guān)處理；合法通信雙方分別針對經(jīng)過解相關(guān)處理的信道估計(jì)矩陣的相位和幅度進(jìn)行聯(lián)合量化；合法通信雙方通過基于BCH糾錯(cuò)碼的隱私協(xié)調(diào)方式生成一致的密鑰；合法通信雙方分別對各自得到的一致的密鑰進(jìn)行哈希序列變換，得到最終的密鑰；合法發(fā)送方根據(jù)生成的密鑰與將要傳輸?shù)男旁葱畔⒁黄鸾?jīng)過哈希變換生成身份認(rèn)證標(biāo)簽，并與信源信息一起發(fā)送；合法接收方根據(jù)收到的信源信息和生成的密鑰經(jīng)過哈希變換后生成的身份認(rèn)證標(biāo)簽，將其與收到的身份認(rèn)證標(biāo)簽進(jìn)行對比，完成鑒權(quán)過程。本發(fā)明有效地抵抗了主動(dòng)攻擊，不存在與底層網(wǎng)絡(luò)不兼容的問題，同時(shí)解決了密鑰分發(fā)管理所帶來的安全泄露風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。

本發(fā)明授權(quán)一種利用5G NR物理層信息的IPv6終端身份認(rèn)證方法在權(quán)利要求書中公布了：1.一種利用5GNR物理層信息的IPv6終端身份認(rèn)證方法，其具體實(shí)施步驟為：步驟一、構(gòu)建一個(gè)存在竊聽者的移動(dòng)通信系統(tǒng)模型；系統(tǒng)模型包括一個(gè)竊聽者E和兩個(gè)具有NT根發(fā)射天線，NR根接收天線的合法通信雙方A和B，通信系統(tǒng)為正交頻分復(fù)用OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM系統(tǒng)，采用時(shí)分雙工TimeDivisionDuplex，TDD模式；整個(gè)系統(tǒng)的工作流程如下：1A向B發(fā)送導(dǎo)頻信號，B接收A發(fā)送的導(dǎo)頻信號，并對其進(jìn)行信道估計(jì)，得到信道估計(jì)結(jié)果，B向A發(fā)送導(dǎo)頻信號，A接收B發(fā)送的導(dǎo)頻信號，并對其進(jìn)行信道估計(jì)，得到信道估計(jì)結(jié)果；2A和B分別對各自的信道估計(jì)結(jié)果進(jìn)行空間、頻率解相關(guān)處理，A和B分別對各自經(jīng)過解相關(guān)處理后的信道估計(jì)結(jié)果的幅度和相位進(jìn)行量化；3A針對己方量化后的結(jié)果進(jìn)行Bose--Chaudhuri-HocquenghemBCH編碼，將BCH編碼后的糾錯(cuò)碼發(fā)送給B，B針對己方量化后的結(jié)果進(jìn)行BCH編碼，使用收到的A方的糾錯(cuò)碼對自己的編碼進(jìn)行糾錯(cuò)，A針對己方量化后的結(jié)果進(jìn)行哈希變換，得到最終的密鑰；B針對己方經(jīng)過糾錯(cuò)后的結(jié)果進(jìn)行哈希變化，得到最終的密鑰；4A將要發(fā)送的消息與A持有的密鑰經(jīng)過哈希變換生成身份認(rèn)證標(biāo)簽，A向B同時(shí)發(fā)送信源信息和身份認(rèn)證標(biāo)簽，B根據(jù)收到的信源信息以及持有的密鑰生成身份認(rèn)證標(biāo)簽；5B將生成的身份認(rèn)證標(biāo)簽和收到的身份認(rèn)證標(biāo)簽進(jìn)行比對，完成鑒權(quán)過程；步驟二、A和B互相發(fā)送探測信號，分別進(jìn)行各自的信道估計(jì)；具體步驟如下：步驟201、A向B發(fā)送占用M個(gè)資源塊ResourceBlock,RB的探測信號PA，其中探測信號為第三代合作伙伴計(jì)劃3rdGenerationPartnershipProject，3GPP協(xié)議中配置類型1的解調(diào)參考信號DemodulationReferenceSignal,DMRS；步驟202、B在A傳輸?shù)腞B上接收對應(yīng)的探測信號 其中，HA為探測信號PA傳輸時(shí)所經(jīng)歷的信道狀態(tài)，其中K代表探測信號所占用的子載波數(shù)量；NA為零均值，方差為的高斯白噪聲；步驟203、B針對接收到的探測信號進(jìn)行最小二乘法LeastSquare,LS信道估計(jì)，具體估計(jì)方式為： 其中，為B收到的關(guān)于A發(fā)送探測信號時(shí)的信道估計(jì)，||·||2表示二范數(shù)的平方運(yùn)算；步驟204、B向A發(fā)送占用M個(gè)RB的探測信號PB，其中探測信號為配置類型1的DMRS；步驟205、B在A傳輸?shù)腞B上接收對應(yīng)的探測信號 其中，HB為探測信號PB傳輸時(shí)所經(jīng)歷的信道狀態(tài)，其中K代表探測信號所占用的子載波數(shù)量；NB為零均值，方差為的高斯白噪聲，且NB與NA是獨(dú)立不相關(guān)的高斯白噪聲；步驟206、A針對接收到的探測信號進(jìn)行LS信道估計(jì)，具體估計(jì)方式為： 其中，為A收到的關(guān)于B發(fā)送探測信號時(shí)的信道估計(jì)；步驟三、合法通信雙方分別對估計(jì)的信道矩陣進(jìn)行解相關(guān)處理，以及分別針對經(jīng)過解相關(guān)處理的信道估計(jì)矩陣的相位和幅度進(jìn)行聯(lián)合量化；步驟301、A和B針對各自的信道估計(jì)結(jié)果和求解各自各天線之間空間相關(guān)性，具體操作如下： 其中，hA,::k，hB,::k表示的第三維確定的情況下信道估計(jì)結(jié)果，分別表示hA,::k和hB,::k的共軛轉(zhuǎn)置；步驟302、A和B針對Rs,A，Rs,B進(jìn)行特征值分解EigenvalueDecomposition，EVD，具體操作如下： 步驟303、A和B分別利用步驟302中EVD得到的特征值向量，對信道估計(jì)結(jié)果進(jìn)行空間解相關(guān)，具體操作如下： 其中，K個(gè)hA,::k，hB,::k按k的順序組成H′A，H′B；步驟304、A和B分別對于步驟303進(jìn)行空間解相關(guān)后的結(jié)果計(jì)算頻率相關(guān)性，具體操作如下： 其中，h′A,ij:和h′B,ij:表示H′A和H′B的前兩維確定的二維向量，和表示h′A,ij:和h′B,ij:的共軛轉(zhuǎn)置；步驟305、A和B針對Rf,A，Rf,B進(jìn)行特征值分解，具體操作如下： 步驟306、A和B分別利用步驟305中EVD得到的的特征值向量，對H′A，H′B進(jìn)行頻率解相關(guān)，具體操作如下： 其中，hA,ij:，hB,ij:按照i,j的順序組成HA，HB；步驟307、根據(jù)步驟三步驟306得到的HA和HB去計(jì)算其每個(gè)子載波上的相位，具體操作如下： 其中，分別代表A和B估計(jì)到的信道相位；步驟308、對步驟307中得到的PhaA，PhaB進(jìn)行01比特的量化，具體操作如下：如果PhaAk∈10,80，keyAk,:＝[00]；如果PhaAk∈110,170，keyAk,:＝[01]；如果PhaAk∈-80,-10，keyAk,:＝[10]；如果PhaAk∈-170,-110，keyAk,:＝[11]；如果PhaBk∈10,80，keyBk,:＝[00]；如果PhaBk∈110,170，keyBk,:＝[01]；如果PhaBk∈-80,-10，keyBk,:＝[10]；如果PhaBk∈-170,-110，keyBk,:＝[11]；將keyA，keyB按行順序重新排列生成相位密鑰信息keyPhaA，keyPhaB，其中keyPhaA，代表二進(jìn)制域，m是符合相位區(qū)間范圍的相位數(shù)量；步驟309、根據(jù)步驟三步驟306得到的HA和HB的實(shí)部進(jìn)行二值量化操作，分別得到幅度密鑰信息keyMagA和keyMagB，具體操作如下： 如果realHAa,并且realHAmean+α，keyMagA[i]＝1如果realHAa,并且realHAmean-α，keyMagA[i]＝0 如果realHBa,并且realHBmean+α，keyMagB[i]＝1如果realHBa,并且realHBmean-α，keyMagB[i]＝0其中，a＝1，旨在去除掉過小的值，增加隨機(jī)性，α代表量化門限；步驟310、A和B分別將相位密鑰信息和幅度密鑰信息拼接在一起，生成初始密鑰keyInitA和keyInitB；keyInitA＝[keyPhaA；keyMagA]keyInitB＝[keyPhaB；keyMagB]步驟四、合法通信雙方通過基于BCH糾錯(cuò)碼的隱私協(xié)調(diào)方式和隱私放大生成最終的密鑰；步驟401、A使用BCH編碼生成的糾錯(cuò)碼，并將糾錯(cuò)碼位發(fā)送給B；步驟402、B根據(jù)BCH編碼生成的編碼，并使用收到A發(fā)送的糾錯(cuò)碼對進(jìn)行糾錯(cuò)，假定在發(fā)送糾錯(cuò)碼的過程中，糾錯(cuò)碼不會(huì)出錯(cuò)；步驟403、重復(fù)步驟401和402，直至雙方密鑰一致，A和B得到一致的密鑰K；步驟404、A和B分別對各自得到的一致的密鑰進(jìn)行哈希序列變換，得到最終的密鑰Kfin；步驟五、合法發(fā)送方A生成并發(fā)送身份認(rèn)證標(biāo)簽，合法接收方B生成身份認(rèn)證標(biāo)簽；步驟501、A根據(jù)需要發(fā)送的信源信息xA和密鑰Kfin經(jīng)過哈希變換生成發(fā)送的身份認(rèn)證標(biāo)簽tagA；tagA＝HashxA,Kfin其中，Hash·為哈希變換；步驟502、A發(fā)送經(jīng)過BCH編碼的身份認(rèn)證標(biāo)簽與信源信息組成的消息msg；msg＝BchencxA,tagA其中，Bchenc·為BCH編碼；步驟503、B對收到的進(jìn)行BCH譯碼； 其中，Bchdec·為BCH譯碼，為B估計(jì)的信源信息，為B估計(jì)的A的身份認(rèn)證標(biāo)簽；步驟504、B根據(jù)收到的和密鑰Kfin生成身份標(biāo)簽tagB； 步驟六、接收方根據(jù)收到的身份認(rèn)證的標(biāo)簽以及己方生成的身份認(rèn)證標(biāo)簽進(jìn)行逐位比對，計(jì)算成功認(rèn)證率與虛警概率；步驟七、合法通信方之間使用固定密鑰通過步驟五至步驟六生成標(biāo)簽，將步驟五和步驟六中使用的基于物理層信息生成的密鑰，替換為雙方固有的密鑰，計(jì)算成功認(rèn)證率與虛警概率；步驟八、第三方用戶E存在時(shí)，其通過嘗試偽造身份認(rèn)證標(biāo)簽的方式接入合法接收方B；步驟801、E使用隨機(jī)猜測的密鑰key生成身份認(rèn)證標(biāo)簽tagE；步驟802、E對于B持有的密鑰有著一定的背景知識，E根據(jù)已有的密鑰的背景知識生成密鑰key1，使用key1生成tagE1；步驟803、B對于收到的身份認(rèn)證標(biāo)簽與自己生成的身份認(rèn)證標(biāo)簽進(jìn)行逐位比對，計(jì)算E的成功認(rèn)證率。

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