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KGPT:基于功率调谐的静态物联网无线密钥生成
KGPT: Wireless Key Generation Based on Power Tuning for Static Internet-of-Things
| 作者 | Xintao Huan · Kaitao Miao · Jiamin Liu · Changfan Wu · Wen Chen · Rui Pei |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 无线密钥生成 静态物联网 功率调谐 信号波动 eavesdropping防范 |
语言:
中文摘要
无线密钥生成是一种新兴的物联网(IoT)设备密钥共享解决方案,它严重依赖于无线信号的波动。然而,大多数物联网设备自部署以来一直处于静止状态,其稳定的无线信号严重降低了密钥生成的有效性。在本文中,我们为静态物联网提出了一种基于功率调谐的新型无线密钥生成方法(KGPT)。与现有方法不同,KGPT不需要任何额外的辅助设备或对硬件进行任何修改,因此适用于实际的静态物联网部署。我们分析了对现有无线密钥生成进行窃听的可能性。我们提出了三种功率调谐策略,以在静态物联网中产生用于密钥生成的无线信号波动,同时抵御窃听。在静态物联网场景中,我们进行了实验评估,首先验证了对多天线无线密钥生成的窃听情况,然后证明了所提出的KGPT在产生足够的信号波动以进行密钥生成方面的有效性。结果表明,KGPT在合法链路中可实现高达0.97的相关性值,同时将窃听链路的相关性抑制到0.4以下。
English Abstract
Wireless key generation is an emerging key sharing solution for Internet-of-Things (IoT) devices, which heavily relies on wireless signal fluctuations. However, most IoT devices have remained static ever since being deployed, where their stable wireless signals seriously deteriorate the effectiveness of key generation. In this article, we proposea new wireless Key Generation approach based on Power Tuning (KGPT) for statice IoT. Unlike the existing methods, KGPT does not require any additional helpers or any hardware modifications, thus, suiting practical static IoT deployments. We analyze the possibility of eavesdropping on the existing wireless key generation. We propose three power tuning strategies to generate wireless signal fluctuations for key generation in static IoT while defending against eavesdropping. In a static IoT scenario, we conduct experimental evaluations to first verify the eavesdropping on multi-antenna wireless key generation and then demonstrate the effectiveness of the proposed KGPT in producing sufficient signal fluctuations for key generation. Results show that KGPT can achieve a correlation value up to 0.97 for legitimate links while resisting the correlation of eavesdropping links down below 0.4.
S
SunView 深度解读
从阳光电源分布式新能源设备网络安全的角度来看,这项基于功率调谐的无线密钥生成技术(KGPT)具有重要的应用价值。当前,我司大量部署的光伏逆变器、储能系统及能源管理设备普遍处于静态物联网场景中,设备间通信安全依赖传统密钥分发机制,存在密钥管理复杂、更新成本高等问题。
该技术的核心价值在于利用无线信号功率调制产生信道波动,实现合法设备间的动态密钥协商,无需额外硬件改造或第三方辅助设备。这与我司设备广泛分布、维护成本敏感的业务特点高度契合。实验数据显示,合法链路可达0.97的相关性,而窃听链路相关性低于0.4,表明该技术在防窃听方面具备实用潜力。这对于保护光伏电站运行数据、储能系统充放电策略等敏感信息具有现实意义。
然而,该技术的工程化应用仍面临挑战。首先,功率调谐策略可能影响设备正常通信质量和能效表现,这在对可靠性要求极高的电力电子系统中需谨慎评估。其次,论文未充分讨论复杂电磁环境(如变电站、高压线路附近)对密钥生成稳定性的影响。此外,密钥生成速率能否满足高频次数据交互需求,以及与现有IEC 61850等电力通信标准的兼容性,都需要深入验证。
建议我司技术团队关注该方向的后续研究进展,可考虑在边缘计算网关、储能BMS等对安全性要求高但通信频率相对可控的场景进行小规模试点验证,探索将其作为现有加密体系的补充性安全方案,提升分布式能源网络的本质安全水平。