基于信道随机化的抗中间人攻击密钥生成

基于物理层的密钥生成方案利用信道互易性提取密钥，能够针对窃听者实现信息论安全。此类方法虽具实用性，但已被证明易受中间人（MitM）攻击：主动攻击者 Mallory 可在观测到 Alice 与 Bob 高度相关的信道/RSS 测量值后，通过注入自己的数据包来影响并推断二者间生成的密钥的部分内容。由于所有信道在信道相干时间内保持稳定，Mallory 注入的数据包导致 Alice 与 Bob 测得相似的 RSS，从而使 Mallory 能成功预测推导出的密钥比特。为防御此类 MitM 攻击，我们提出在合法收发器之一上采用可重构天线，以在不同信道探测轮次间主动随机化信道状态。每一探测轮次的天线模式随机化打破了从攻击者到合法设备的信道时间相关性，同时保留了后者间信道的互易性。这在不影响 Alice 与 Bob 测量公共随机性的能力的前提下，阻止了攻击者的密钥注入。我们从理论上分析了该协议的安全性，并进行了大量仿真与真实世界实验以评估其性能。结果表明，我们的方法将成功猜测密钥比特的概率降至随机猜测水平，从而消除了主动 MitM 攻击的优势。