一种针对长距离密钥生成的信道感知攻击及其对策
摘要
物理层密钥生成是一种轻量级技术，可从无线信道为资源受限的物联网（IoT）应用生成密钥。密钥生成的安全性依赖于空间去相关，其假设当窃听者与合法用户相距超过半个波长时，观测到的信道测量值不相关。遗憾的是，在存在大尺度与小尺度衰落效应的通信环境中，尚无实验验证。此外，当前密钥生成工作主要聚焦于 WiFi 和 ZigBee 等短距通信技术，而对 LoRa 等长距离通信的探索相当有限。本文提出一种基于 LoRa 的密钥生成测试床，并揭示了一种新的共谋窃听攻击：该攻击利用合法用户周围环形布置的多个窃听者，感知并利用密钥生成信道中的大尺度衰落效应。我们形式化了该攻击，并通过在室内外环境下开展的广泛实验予以验证。证实在主导大尺度衰落时，该攻击降低了密钥容量。我们进一步探究了潜在防御手段，提出一种基于条件熵与高通滤波器的对策，以估计并消除大尺度衰落相关分量。实验结果表明，在大小尺度衰落效应同时变化时，该对策能显著提升密钥生成安全性。合法用户生成的密钥比特具有低密钥不一致率（KDR），并通过 NIST 随机性测试。另一方面，窃听者的平均 KDR 升至 0.49，不优于随机猜测。
引用
@article{arxiv.1910.08770,
title = {A Channel Perceiving Attack on Long-Range Key Generation and Its Countermeasure},
author = {Lu Yang and Yansong Gao and Junqing Zhang and Seyit Camtepe and Dhammika Jayalath},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.08770},
year = {2023}
}
备注
This is the replacement to the previous On the Colluding Attack to Compromise Physical Layer Key Generation Through a Large-Scale Fading Estimation article and the Colluding-Eavesdropping Attack and Countermeasure for LoRa-based Key Generation article. Added key disagreement rate (KDR) and randomness test analysis. Added key generation algorithm. Changed Title