无线信道的广播特性使得信息的安全传输成为一个非常重要的问题。密码学是保障信息安全的重要工具之一，目前广泛应用的密码体制大多依赖于没有严格证明的数学难题和计算复杂性，只能够实现计算安全；而无线信道具有互易性、时变性和空变性等特点，基于无线信道生成密钥并结合一次一密加密体制能够实现无条件安全。本文针对密钥生成过程中协议的设计、密钥生成的理论限和量化等关键技术进行研究，主要的研究工作如下：1.结合无线信道特性，论文首先介绍了密钥生成的基本流程及系统构成，并对信道双向探测的时间流程进行了设计。在此基础上，利用信道响应相位信息的互易性，提出了基于多载波的密钥生成协议，并对协议性能进行了理论推导和仿真分析，研究表明，所提出的协议能够提供较高的密钥生成速率，且在系统资源允许的条件下，密钥生成速率的大小与相互正交的载波数成正比。2.针对窃听方可以获得边信息(Side Information)及合法双方的信道并非完全互易的情况，在现有窃听信道模型的基础上引入了合法双方的信道相关系数，推导得到了合法双方可达的密钥生成速率。考虑到实际的密钥生成过程中合法双方常常基于信道响应包络信息和相位信息来生成共享密钥，对基于接收信号包络、相位信息的密钥容量进行了详细推导，并得到了两个重要结论：基于接收信号包络生成的密钥和基于接收信号相位生成的密钥存在一定相关性；基于接收信号包络信息和相位信息生成密钥并不能充分地利用接收信号中包含的丰富的信道特性信息。3.针对密钥生成过程自身的特点，研究了等概量化、均匀量化和最小均方误差（Minimum Mean Square Error, MMSE）量化等经典量化算法及其在密钥生成中的应用；在初始不一致率作为衡量量化算法性能指标的基础上，引入了合法双方最终能够生成的密钥长度这个性能指标，对三种算法的性能进行了对比分析，结果表明，均匀量化和MMSE量化的性能接近，且等概量化的性能略优于均匀量化和MMSE量化。4.针对合法双方待量化参数有较强相关性的事实，提出了在量化过程中引入信息交互的思想。首先，重点研究了交互待量化采样值位置信息的双门限量化算法，提出了最优量化因子的概念，并通过最优化的方法得到了最优的量化因子，仿真表明，合法双方采用最优量化因子进行双门限量化能够显著提高算法性能；其次，进一步研究了基于交互量化误差的CQA（Channel Quantization Alternating）量化算法，推导得到了CQA量化后合法双方能够生成的密钥长度及最优的量化比特数；最后，针对合法双方已经通过量化得到了两串比特序列，还希望进一步降低量化结果不一致率的需求，提出了一种基于交互奇偶校验位的量化后处理算法，并通过典型的信息协商算法验证了所提算法的有效性，结果表明，该算法能够进一步提高系统性能，且在初始不一致率较高时效果明显。