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21st International Symposium on Electrical Engineering "SIE 2025"

21st International Symposium on Electrical Engineering

SIE 2025

Enhancing Quantization for Secret Key Generation from Wireless Channel Samples
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Abstract

As computing power continues to grow, traditional cryptographic methods based on computational hardness at the network layer face increasing security risks. Physical layer authentication (PLA) offers a promising alternative by leveraging the intrinsic randomness and reciprocity of wireless channels. This work presents a novel Adaptive Quantization Enhanced (AQE) scheme designed to significantly improve the quantization process in the generation of distributed random numbers for secret key creation. AQE operates using Received Signal Strength (RSS), enabling broader applicability across a wider range of wireless devices and scenarios. AQE dynamically adapts to the statistical properties of the measured RSS, enhancing both entropy extraction and bit agreement between communication parties with minimal implementation complexity. Simulation results demonstrate that AQE outperforms state-of-the-art quantization methods in recent PLA and Cross-Layer authentication literature. It not only increases key generation efficiency and bit randomness—verified through the NIST test suite—but also enhances resistance to information leakage, providing a robust foundation for secure authentication in wireless networks.

Resumen

A medida que crece la potencia de cálculo, los métodos criptográficos tradicionales basados en la capacidad computacional en la capa de red se enfrentan a riesgos de seguridad cada vez mayores. La autenticación en la capa física (PLA) ofrece una alternativa prometedora al aprovechar la aleatoriedad y reciprocidad intrínsecas de los canales inalámbricos. Este trabajo presenta un novedoso esquema de Cuantización Adaptativa Mejorada (AQE) diseñado para mejorar significativamente el proceso de cuantización en la generación de números aleatorios distribuidos para la creación de claves secretas. AQE funciona utilizando la Intensidad de Señal Recibida (RSS), lo que permite una mayor aplicabilidad en una gama más amplia de dispositivos inalámbricos y escenarios. AQE se adapta dinámicamente a las propiedades estadísticas de la RSS medida, mejorando tanto la entropía como la concordancia de bits entre las partes de la comunicación con una complejidad de implementación mínima. Los resultados de la simulación demuestran que AQE supera a los métodos de cuantificación más avanzados de la literatura reciente sobre PLA y autenticación entre capas. No sólo aumenta la eficiencia en la generación de claves y la aleatoriedad de los bits -verificada mediante el conjunto de pruebas del NIST-, sino que también mejora la resistencia a la fuga de información, proporcionando una base robusta para la autenticación segura en redes inalámbricas.

About The Speaker

Juan Carlos Oliva Perez

Juan Carlos Oliva Perez

Universidad Central Marta Abreu de Las Villas Flag of Cuba

Discussion

Practical Info
Presentation
Spanish / Español
October 21, 2025 2:30 PM
15 minutes
Salon 1
Authors
Juan Carlos Oliva Perez
Erik Ortiz Guerra
Héctor cruz Enriquez
Keywords
autenticación de capa física
cuantización
distributed random numbers
números aleatorios distribuidos
physical-layer authentication
quantization
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