CN102801522B - 一种用于无线协作通信网络的非对称信道通信密钥生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无线协作通信网络的非对称信道通信密钥生成方法，属于无线通信中的保密通信和信息安全领域。源节点通过发送初始相位随机的信标信号，各中继节点接收并转发信标信号至目的节点，目的节点检测累积接收相位并通过中继转发至源节点，源节点进一步转发接收信号至目的节点，根据单向协同链路在相干时间内二次传输时信道特性的一致性，通过估计各多中继信道特性并将其转化为系统子密钥，再通过多次交互扩展密钥从而构成通信密钥。本发明的显著特点是：通信密钥无需通过信道在收发节点之间交互，各中继节点参与了密钥生成但无法获得完整密钥，能杜绝攻击者窃听、篡改和饱和攻击隐患，保障无线协同通信安全。

Description

一种用于无线协作通信网络的非对称信道通信密钥生成方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域中保密通信和信息安全领域，具体地说，是在无线协作通信系统执行保密通信时，基于信道物理特征的通信密钥生成方法。

背景技术

无线衰落信道下的中继传输已被证明是降低传输路径损耗和缓解衰落效应影响的有效手段。近年来协作通信技术备受关注，有关协作传输策略、系统容量提升措施以及协作方式等一直是研究的热点技术，而对于协作通信网络的安全问题却很少有研究学者涉及。事实上，由于无线信道自身的开放性特征，不仅面临着传统无线网络存在的窃听、捕获、伪造合法用户等攻击，而且在协作通信网络中，由于虚拟MIMO(cooperative multi-input multi-output)技术的引入还存在多中继非对称链路的密钥预分配问题、中继节点的诚信度问题、节点的拒绝服务攻击等。

解决通信安全的常用方法是采用基于公钥加密算法设计无线通信系统的安全策略，收发双方拥有共同密钥，安全通信依赖于高保密性的密钥加密，其关键是密钥生成和交换机制。在无线通信领域，一般将密钥生成划分到应用层和物理层，应用层采用逆运算、大整数分解等生成固定密钥，并以Diffie-Hellman密钥交换算法执行数据加密，以保障通信安全，但很难防范量子终端等的解密攻击，而且在协作通信网络中，密钥分发传输于各个中继节点中，很难防范中继节点的欺骗、暴力破解等；而物理层则采用扩频或跳频技术提升抗干扰能力和保密能力，但存在扩频码或跳频图样泄露或被解析等隐患。

无线通信信道具有以下典型的物理传输特征：在信道相干时间内，信道衰落将保持恒定，发射端在相干时间内二次发送信号到达接收端，信号的衰落特性基本一致。根据单向协作链路在相干时间内二次传输时信道的一致性，可以用来获得通信密钥生成的激励源。为了获得高的密钥生成率，利用接收信号相位(Received Signal Phase,RSP)信息生成通信密钥，但已有的密钥生成方法一方面未考虑多中继协作通信网络下的密钥生成和安全问题，即在多中继协作通信网络中密钥极易暴露，也无法防止群组节点的拒绝服务等攻击，另一方面密钥生成依赖于严格的对称信道特性，而在协作通信中，上下行非对称信道更为普遍存在，现有的密钥生成方法无法适用于具有非对称信道特性的无线协作通信网络密钥生成。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于无线协作通信网络的非对称信道通信密钥生成方法，其特征在于通信密钥无需通过信道传输即可达到收发双方的密钥匹配。一方面通信密钥利用多中继协作通信网络丰富的随机因素生成，可以快速获得满足加密算法需求的多位密钥，并保证通信密钥是随机且唯一的，即密钥生成的匹配率高、生成率高，而且可以动态更新密钥，从而达到防止攻击者窃听、篡改密钥的目的；另一方面，因其密钥生成方式不依赖于信道的对称性，在协同通信的随机中继选择导致的非对称信道下也能适用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于无线协作通信网络的非对称信道通信密钥生成方法，由以下步骤组成：

步骤一、在无线协作通信网络中，为了防止集中密钥生成和多中继节点之间密钥分发带来的密钥泄漏等安全隐患，由收发节点对各自生成通信密钥，节点A通过多中继节点协作与节点B之间执行保密通信，且传输信道特性不对称，其通信密钥生成过程为：首先节点A广播发送初始相位随机的信号1，初始相位为Φ_A1，各中继节点与节点B分别接收信号1并执行相位估计，节点B估计获得的相位值为Φ_B，节点B保存该相位值Φ_B，同时各中继节点再转发接收到的来自节点A的信号1至节点B，节点B分集接收并估计各中继节点转发信号的相位值Φ_i(i＝1,2,…,M)，M为此时参与中继转发的节点数，将Φ_i(i＝1,2,…,M)与Φ_B累加得到Φ_B1用作节点A和节点B通信密钥生成的激励源。

步骤二：节点B广播发送初始相位为Φ_B1的信号2，各中继节点与节点A分别接收信号2并执行相位估计，节点A估计获得的相位值为Φ_A，节点A保存该相位值Φ_A，同时各中继节点再转发接收到的来自节点B的信号2至节点A，节点A分集接收并估计各中继节点转发信号的相位值Φ_j(j＝1,2,…,N)，N为此时参与中继转发的节点数，将Φ_j(j＝1,2,…,N)与Φ_A累加得到Φ_A2也用作节点A和节点B通信密钥生成的激励源。

步骤三：节点A再广播发送初始相位为Φ_A2的信号3，各中继节点与节点B分别接收该信号3并执行相位估计，节点B估计获得的相位值为Φ_BB，节点B保存该相位值Φ_BB，同时各中继节点再转发接收到的来自节点A的信号3至节点B，节点B分集接收并估计各中继节点转发信号的相位值Φ_k(k＝1,2,…,M)，M为此时参与中继转发的节点数，其值与步骤一相同。将Φ_k(k＝1,2,…,M)与Φ_BB累加得到Φ_B2也用作节点A和节点B通信密钥生成的激励源。

步骤四：对于节点A，将密钥激励源Φ_A2减去Φ_A1再量化并转换为二进制编码得到节点A的密钥元a₁；对于节点B，对密钥激励源执行(Φ_B2-Φ_B1)/(M+1)处理，再将结果量化并转换为二进制编码得到节点B的密钥元b₁，且a₁＝b₁。

步骤五：确定密钥元生成重复执行次数n，使得密钥元位数不少于128位。在信道相干时间外，重复运行步骤一至步骤四n次，再将n个二进制密钥元依次顺序排列成行得到key，若key的位数大于128，截取低128位二进制数作为通信密钥，否则直接将key作为通信密钥，节点A和节点B执行相同运算，分别得到128位的通信密钥key_A＝a₁a₂a₃…和key_A＝b₁b₂b₃…，且key_A＝key_B。

根据上述无线协作通信网络的非对称信道通信密钥生成方法，利用生成的通信密钥，采用WPA2、IDEA或AES加密算法对所传输的明文执行加密，并在信道中传输密文。

综上所述，本发明所述的用于无线协作通信网络的非对称信道通信密钥生成方法是利用单向协作链路在相干时间内二次传输时信道的一致性生成通信密钥，其有益效果是：

1、通信密钥无需通过信道传输即可达到收发双方的密钥匹配。一方面通信密钥利用多中继协作通信网络丰富的随机因素生成，可以快速获得满足加密算法需求的多位密钥，并保证通信密钥是随机且唯一的，即密钥生成的匹配率高、生成率高，而且可以动态更新密钥，从而达到防止攻击者窃听、篡改密钥的目的；另一方面，因其密钥生成方式不依赖于信道的对称性，在协同通信的随机中继选择导致的非对称信道下也能适用。

2、利用多中继协作通信网络丰富的随机因素生成通信密钥，再利用该通信密钥加密通信数据业务，且在一定通信时间间隔内更新密钥，能实现无线协作通信网络的安全和数据保密通信。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明协作通信下非对称信道通信密钥生成模型。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

对于附图1所示的协作通信下非对称信道通信密钥生成模型，其通信密钥生成步骤如下：

Step1：A-B链路一次相位响应；

Step1.1：节点A发起A-B链路探测。节点A通过信道f广播信号1以探测A-B链路的相位响应，设信号1为：

$x_{\mathrm{eA}}\left(t\right)={\mathrm{Ae}}^{j(2\mathrm{\πft}+{\mathrm{\φ}}_A),t\∈[0,T]---\left(1\right)}$

发射功率为P_a，式中T为信号持续时间，A为幅值，φ_A为初始相位，服从[0，2π]的均匀分布，此时节点A保存相位值φ_A，设为Φ_Al，即：

Φ_Al=φ_A   (2)

Step1.2：中继节点接收并转发信号1。中继节点和目的节点B分别对式(1)的信号1进行监听，能够正确解调来自源节点A所发信号1的中继节点r_i(i＝1,2,…,M)将成为协作节点，构成节点A的协作域，用集合D_a（M）表示，其协作节点数为M个，如图1所示。用表征节点A到协作域D_a（M）中各中继节点的信道冲激响应，则协作域D_a（M）中各中继节点的接收信号为：

(3)

其中为中继节点归一化接收信号幅值；为A-r_i链路的相位响应；为加性高斯白噪声。同样地，用h_AB（t）表征节点A到B的信道冲激响应，则节点B的接收信号为：

其中α_AB为节点B归一化接收信号幅值；θ_AB为A-B链路相位响应；n_AB（t）为加性高斯白噪声。协作域D_a（M）中各中继节点采用极大似然法估计接收信号相位值为，节点B也采用极大似然法估计接收信号相位值为φ_A+θ_AB，此时节点B保存φ_A+θ_AB。

Step2：协作域-节点B的相位响应；

Step2.1：协作域D_a（M）中各中继节点转发信号。协作域D_a（M）中各中继节点维持已接收信号相位不变，将功率放大至并转发，转发信号为：

各中继节点的发射功率为，式中R_i为幅值，为转发信号相位。

Step2.2：节点B接收各中继节点转发信号。节点B此时对式(5)转发信号进行监听，分集接收协作域D_a（M）中各中继节点转发的信号，用表征协作域D_a（M）中各中继节点到节点B的信道冲激响应，则节点B的接收信号为：

其中为节点B接收到的来自各中继节点的归一化信号幅值；为r_i-B链路的相位响应；为加性高斯白噪声。节点b采用极大似然法估计接收相位值。将step1.2和step2.2中节点B的接收相位累加获得A-B链路的相位响应为此时节点B保存该相位响应为 $(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B}),$ 设为Φ_B1，即：

${\mathrm{\Φ}}_{B1}=(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})---\left(7\right)$

Step3：B-A链路的相位响应；

Step3.1：节点B发起B-A链路探测。节点B以Φ_B1为初始相位，去噪后发射功率调整为P_b，转发接收的信号，记为信号2，该信号为：

发射功率为P_b，式中T为信号持续时间，B为归一化信号幅值， $(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})$ 为初始相位。

Step3.2：中继节点接收并转发信号2。中继节点和节点A监听式(8)所示的信号，能够正确解调节点B所发信号2的中继节点r_j(j＝1,2,…，N)将成为协作节点，构成节点B的协作域，用集合D_b(N)表示，其协作节点数为N个，如图1所示。用表征节点B到协作域D_b(N)中各中继节点的信道冲激响应，则协作域D_b(N)中各中继节点的接收信号分别为：

其中为中继节点归一化接收信号幅值；为V-r_k链路相位响应；为加性高斯白噪声。同样地，用h_BA(t)表征节点B到A的信道冲激响应，则节点A的接收信号为：

其中α_BA为归一化接收信号幅值；θ_BA为B-A链路相位响应；n_BA(t)为加性高斯白噪声。协作域D_b(N)中各中继节点采用极大似然法估计接收信号相位值为 $(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})+{\mathrm{\θ}}_{B{r}_k},k\∈\{\mathrm{1,2,3},...,N\},$ 同样地，节点A也采用极大似然法估计并保存相位响应值 $(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BA}}.$

Step4：协作域-节点A的相位响应；

Step4.1：协作域D_b(N)中各个中继节点转发来自节点B的信号2。协作域D_b(N)中各中继节点维持已接收信号相位不变，将功率放大至并转发，转发信号为：

各中继节点的发射功率为， $(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})+{\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{Br}}_k}$ 为转发信号相位，R_k为信号幅值。

Step4.2：节点A接收各中继节点转发信号。节点A监听式(11)所示的转发信号，接收协作域D_b(N)中各中继节点转发的信号，用表征协作域D_b(N)中各中继节点到节点A的信道冲激响应，则节点A的接收信号为：

其中为节点A接收到的来自各中继节点的归一化信号幅值；为r_k-A链路的相位响应；为加性高斯白噪声。节点A接收并采用极大似然法估计相位值 $(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})+{\mathrm{\θ}}_{B{r}_k}+{\mathrm{\θ}}_{r_{k}A},k\∈\{\mathrm{1,2,3},...,N\}.$ 将step3.2和step4.2中节点A接收的相位累加获得A-B链路的相位响应，设其为ΦA₂：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_{A2}=\{(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BA}}\}+\\ \underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\{(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})+{\mathrm{\θ}}_{B{r}_k}+{\mathrm{\θ}}_{r_{k}A}\}\end{array}---\left(13\right)$

化简得：

${\mathrm{\Φ}}_{A2}=(N+1)\{(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\text{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})\}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BA}}+\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{B{r}_k}+{\mathrm{\θ}}_{r_{k}A})---\left(14\right)$

Step5：A-B链路及协作域-节点B的二次相位响应；

节点A在相干时间内以Φ_A2为初始相位，广播发送信号3，再次发起A-B链路相位探测。由于在相干时间内，A-B链路将选择相同的协作域D_a(M)，且任意节点间将历经相同的衰落效应，即二次相位探测时，各链路的相位延迟与第一次相同，也即对于任意的k＝i,k,i∈{1,2,…,M}，有且两次探测θ_AB也相同。因此，利用step2的结论，节点B第二次接收信号相位值为：

${\mathrm{\Φ}}_{B2}=(M+1){\mathrm{\Φ}}_{A2}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})---\left(15\right)$

Step6：生成密钥元；

联立式(2)和(14)得到节点A的两次链路相位探测结果为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_{A1}={\mathrm{\φ}}_A\\ {\mathrm{\Φ}}_{A2}=(N+1)\{(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})\}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BA}}+\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{B{r}_k}+{\mathrm{\θ}}_{r_{k}A})\end{array}\right.---\left(16\right)$

将式(16)中两式相减得到节点A的密钥元K_A：

K_A=Φ_A2-Φ_A1   (17)

同样地，联立式(7)和(15)得到节点B的两次链路相位探测结果为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_{B1}=(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})\\ {\mathrm{\Φ}}_{B2}=(M+1){\mathrm{\Φ}}_{A2}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})\end{array}\right.---\left(18\right)$

将式(18)中两式相减，消去相等项并除以M+1得到节点B的密钥元K_B：

$K_B=\frac{{\mathrm{\Φ}}_{B2}-{\mathrm{\Φ}}_{B1}}{M+1}={\mathrm{\Φ}}_{A2}-{\mathrm{\Φ}}_{A1}---\left(19\right)$

节点A的密钥元K_A和节点B的密钥元K_B相等，密钥匹配成功，其密钥值为：

$K_A=K_B=(N+1)\{(M+1){\mathrm{\φ}}_A+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})\}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BA}}+\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{B{r}_k}+{\mathrm{\θ}}_{r_{k}A})-{\mathrm{\φ}}_A---\left(20\right)$

化简式(20)得：

$K_A=K_B=(\mathrm{MN}+N+M){\mathrm{\φ}}_A+(N+1)\{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{AB}}+\underset{i=1}{\overset{M}{\text{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{A{r}_d}+{\mathrm{\θ}}_{r_{d}B})\}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BA}}+\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}}_{B{r}_k}+{\mathrm{\θ}}_{r_{k}A})---\left(21\right)$

Step7：量化密钥元；

为了进一步减小累积误差，将节点A的密钥元K_A和节点B的密钥元K_B进行模2π归一化处理得：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_A=K_A\mathrm{mod}2\mathrm{\π}\\ k_B=K_B\mathrm{mod}2\mathrm{\π}\end{array}\right.---\left(22\right)$

设量化等级为Q，将k_A，k_B分别映射到二进制编码的量化空间，得到相等的二进制密钥元，记为b₁，密钥元位数为log₂Q。即对于一次密钥生成过程h，可以得到该信道集合上的相位延迟θ，用f(h)表示对该信道的量化结果，则有 $f\left(h\right)=f_Q\left(\mathrm{\θ}\right)=q-1,\mathrm{if\θ}\∈[\frac{2\mathrm{\π}(q-1)}{Q},\frac{2\mathrm{\πq}}{Q}),q=\mathrm{1,2,3},...,Q,$ 每次量化值随机分布于1至Q之间，故概率 $P(f\left(h\right)=q-1)=P(f_Q\left(\mathrm{\θ}\right)=q-1)=\frac{1}{Q},q=\mathrm{1,2,3},...,Q.$ 再将f(h)转换为二进制，位数为log₂Q位的密钥元b₁。

Step8：密钥扩充；

从密码学角度考虑，密钥位数越多，破解难度越大，重复执行step1-step7 n次，且重复执行时间间隔大于信道相干时间，可获得n组密钥b₁，b₂，…，b_n，将其依次顺序排列成行合并得到最终通信密钥为：

key=b₁b₂...b_n   (23)

最终通信密钥key的位数为nlog₂Q，即对于128位的密钥位数，在特定的噪声环境决定的量化等级Q下，确定密钥生成方法执行次数n，即有：

$n=\left\{\begin{array}{cc}\frac{256}{{\log }_{2}Q}& 256\%{\log }_{2}Q=0;\\ \frac{256}{{\log }_{2}Q}+1& 256\%{\log }_{2}Q\≠0;\end{array}\right.---\left(24\right)$

其中n为正整数，若nlog₂Q大于128位，则从key的低位到高位截取128位二进制数作为通信密钥，否则直接将key作为通信密钥，至此密钥生成方法执行完毕。

根据所述的一种用于无线协作通信网络的非对称信道通信密钥生成方法，利用生成的通信密钥，采用WPA2、IDEA或AES加密算法对所传输的明文执行加密，并在信道中传输密文。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (2)

1.一种用于无线协作通信网络的非对称信道通信密钥生成方法，其特征在于由以下步骤组成：

步骤一、在无线协作通信网络中，为了防止集中密钥生成和多中继节点之间密钥分发带来的密钥泄漏安全隐患，由收发节点对各自生成通信密钥，节点A通过多中继节点协作与节点B之间执行保密通信，且传输信道特性不对称，其通信密钥生成过程为：首先节点A广播发送初始相位随机的信标信号1，初始相位为Φ_A1，各中继节点与节点B分别接收信标信号1并执行相位估计，节点B估计获得的相位值为Φ_B，节点B保存该相位值Φ_B，同时各中继节点再转发接收到的来自节点A的信标信号1至节点B，节点B分集接收并估计各中继节点转发信号的相位值Φ_i，其中i＝1,2,…,M，M为此时参与中继转发的节点数，将Φ_i与Φ_B累加得到Φ_B1用作节点B生成通信密钥的激励源；

步骤二：节点B广播发送初始相位为Φ_B1的信标信号2，各中继节点与节点A分别接收信标信号2并执行相位估计，节点A估计获得的相位值为Φ_A，节点A保存该相位值Φ_A，同时各中继节点再转发接收到的来自节点B的信标信号2至节点A，节点A分集接收并估计各中继节点转发信号的相位值Φ_j，其中j＝1,2,…,N，N为此时参与中继转发的节点数，将Φ_j与Φ_A累加得到Φ_A2用作节点A生成通信密钥的激励源；

步骤三：节点A再广播发送初始相位为Φ_A2的信标信号3，各中继节点与节点B分别接收信标信号3并执行相位估计，节点B估计获得的相位值为Φ_BB，节点B保存该相位值Φ_BB，同时各中继节点再转发接收到的来自节点A的信标信号3至节点B，节点B分集接收并估计各中继节点转发信号的相位值Φ_k，其中k＝1,2,…,K，K为此时参与中继转发的节点数，其值与步骤一相同，即K＝M，将Φ_k与Φ_BB累加得到Φ_B2也用作节点B生成通信密钥的激励源；

步骤四：节点A先计算Φ_A2-Φ_A1，再将其转换为二进制码，作为节点A的密钥元a₁，节点B先计算(Φ_B2-Φ_B1)/(M+1)，再将其转换为二进制码，作为节点B的密钥元b₁，且a₁＝b₁；

步骤五：以不小于信道相干时间为间隔，重复运行步骤一至步骤四n次，将每次获得的密钥元按照先后顺序排列成行得到key，n的取值应保证key的位数不小于128位，如果key的位数大于128，截取低128位作为通信密钥，否则直接将key作为通信密钥，节点A和节点B执行相同运算，分别得到128位的通信密钥key_A＝a₁a₂a₃…和key_B＝b₁b₂b₃…，且key_A＝key_B。

2.根据权利要求1所述的无线协作通信网络的非对称信道通信密钥生成方法，其特征在于：

利用生成的通信密钥，采用WPA2、IDEA或AES加密算法对所传输的明文执行加密，并在信道中传输密文。