HHK：面向身体区域网络的硬件导向跨位置 PPG 密钥生成架构
信号处理
2026-05-26 v1
摘要
身体区域网络（BAN）需要轻量级会话密钥建立，但公钥交换会带来计算和能耗成本，超出深层受限可穿戴节点的预算。本文提出 HHK，一种面向 BAN 的硬件导向跨位置光电血紧张度（PPG）密钥生成架构。该架构从多个身体部位的绿光 PPG 中提取心搏间隔（IBI），跨位置对准心搏时间戳，应用 Gray 编码等频量化，并采用速率为 1/3 的极化码模糊承诺（N=128，K=42）来消除残余时序偏差。经过实现后综合（Xilinx XC7Z020）映射至 18,760 个查找表和 20,971 个触发器，无乘法器或嵌入式存储器，单次密钥生成消耗 48 微焦能，120 秒获取窗口下的平均功耗为 0.4 微瓦。基于真实户外数据集（216 小时；头、手腕和踝部）的 16 名受试者验证，得到 86.0-90.1% 的原始 IBI 位一致性和 51.3-69.8% 的密钥一致性。据我们所知，HHK 是首个在户外数据上验证跨多个身体位置的可综合寄存器传递水平（RTL）密钥生成架构。
引用
@article{arxiv.2605.24991,
title = {HHK: A Hardware-Oriented Cross-Location PPG Key Generation Architecture for Body Area Networks},
author = {Jose Ilton de Oliveira Filho},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.24991},
year = {2026}
}