یک طرح نوین تولید کلید لایه فیزیکی مبتنی بر فاز کانال برای ارتباطات همتا به همتا

در بین روش‌های برقراری امنیت لایه فیزیکی، تولید کلید مخفی به‌دلیل ویژگی‌ها و قابلیت‌های مطلوبی که دارد، برای شبکه‌های نسل ششم (6g) کارآمد است. به طور خاص، می‌توان از طرح‌‌های مبتنی بر مولدهای‌ تصادفی محلّی برای تولید کلید مخفی با نرخ بالا استفاده کرد. یکی از این طرح‌ها، طرح تزریق فاز تصادفی است که در آن سیگنال‌های کاوش کانال با فاز تصادفی بین طرفین ارتباط (آلیس و باب) مبادله می‌شود. در این مقاله، یک طرح نوین تولید کلید مبتنی بر ارسال سیگنال‌های کاوش کانال با فاز تصادفی گسسته و برای ارتباطات همتا به همتا پیشنهاد می‌دهیم. بدین منظور، ضمن معرفی روش‌های کوانتیزاسیون، در طرح پیشنهادی، از روش ساده و کاربردی کوانتیزاسیون با نواحی محافظ (gb) برای استخراج کلید استفاده می‌شود. همچنین برخلاف بسیاری از مطالعات صورت گرفته شده، فرض می‌کنیم که کانال قانونی از هم‌پاسخی ضعیف رنج می‌برد و نویز نیز بر فاز دریافتی آلیس و باب اثرگذار است. برای چنین سناریویی، روابطی برای نرخ عدم تطبیق کلید (kmr) و نیز نرخ دور ریزی کلید (kdr) به ازای هر کاوش کانال ارائه می‌دهیم. اگرچه افزایش محدوده gb، معیار kmr را کاهش می‌دهد، اما طول دنباله کلید خام نیز کوتاه می‌گردد. به منظور ارزیابی تاثیر gb بر روی کارایی طرح تولید کلید پیشنهادی، در این مقاله، نرخ تولید کلید خام تعریف شده و محاسبه می‌گردد. نتایج شبیه‌سازی موید روابط تحلیلی بوده و برای تعیین توان سیگنال کاوش و محدود gb مفید است.

performance analysis of physical layer key generation relying on discrete random phase injection

among physical layer security schemes, secret key generation schemes are efficient for sixth generation (6g) networks due to their desirable features and capabilities. in particular, schemes based on local random generators can be used to generate secret keys at a high rate. one of these schemes is the random phase injection scheme, in which the channel probe signals with random phase are exchanged between the communication parties (alice and bob). in this paper, a key generation scheme based on sending channel probe signals with discrete random phase and for peer to peer communications is presented. while introducing the quantization methods, the simple and practical quantization with guard band (gb) scheme is used for key extraction. also, contrary to many studies, we assume that the legal channel suffers from weak channel reciprocity and noise also affects the received phase of alice and bob. for such a scenario, we provide expressions for the key mismatch rate (kmr) as well as the key discarding rate (kdr) per channel probe. although increasing the gb range decreases the kmr metric, the length of the raw key sequence also shortens. in order to evaluate the effect of gb on the efficiency of the proposed key generation scheme, the raw key generation rate is defined and calculated. the simulation results confirm the analytical results and are useful for determining the power of the probe signal and the gb domain.