随着信息时代的到来,网络已成为人们生活中不可或缺的一部分。互联网将世界连接成了一个整体并带来了许多便利,与此同时,网络安全也成为人们关注的话题。随着移动信息时代的高速发展,无线网络的地位迅速提升,对无线网络安全的需求越来越被更多人重视。在传统加密方式不能很好适应无线网络的情况下,研发一种新型的密钥生成系统显得格外重要。物理层密钥生成算法是一种新的加密方法,当两个无线终端Alice和Bob之间的距离超过λ/2(λ代表无线网络的波长),Alice与Bob之间的物理层信道特征与它们和其他终端节点之间的无线网络信息特征的相关性较弱。基于无线网络的这一特性,可以通过提取网络信道的相关信息,采用一些算法将信道特征进行量化,从而生成安全可靠的密钥。但是现存的量化算法的普遍存在样本利用率低,密钥生成速率慢,随机性不良的特点。除此之外,现有的物理层信道特征密钥生成系统的研究大多是两个终端进行点对点的交互,没有引用第三节点进行转发。针对这些已发现的问题,本文提出了一些解决方案并做了相应的测试和评估,主要的内容包括:(1)设计了一种区间密钥生成算法,通过提升样本的利用率,提高每个样本量化出的密钥个数,在保证密钥随机性熵值不降低,误码率不升高的情况下,大幅提升密钥生成速率。文章首先介绍了原有算法存在的弊端,提出了改进思路和设计方案;接下来对密钥生成系统进行了理论分析和建模;最后分析了区间密钥生成算法的设计思路,描述了算法的具体实现方法,并对算法的性能进行了优势分析。(2)设计了一种密钥拼接算法辅助区间密钥生成算法,通过将密钥拆分并按规则重组拼接,提升密钥的随机性熵值,增加密钥的安全性和可靠性。密钥拼接算法首先介绍了直接拼接的弊端,然后提出了拼接的思路,最后给出了算法的具体实现方案和用例展示。密钥拼接算法需要利用区间算法和基础算法各生成一串密钥,然后将两串密钥按一定规则进行拆分,并将拆分后的子密钥串进行拼接,得到新的密钥。(3)设计了一种基于中继节点的密钥生成方案,对原有的点对点通信模式进行了扩展,为算法提供了更大适用范围,同时还可以通过中继节点提升密钥的安全性能指标。本文首先分析了点对点通信的局限性,当两终端距离过远或信号强度不足时,不能直接建立连接;然后提出了基于中继节点的密钥生成方案的创新思路和设计目标;接下来对提出的两种方案进行了建模;最后对方案进行详细的设计,并提出了一个相关的应用场景,分析了方案的优势。(4)对研发的区间密钥生成与密钥拼接算法进行了较为详细的测试与评估,在各种不同的场景采用不同类型的样本对新算法进行测试,为算法的理论分析提供实际的数据支持。测试分别采用RSS和CSI两种样本进行,共分为三类:性能对比测试,参数配置测试,场景适应性测试。