物理层密钥生成技术主要是利用无线信道的互异性、时变性和空间唯一性生成随机序列,区别于传统的加密方法,物理层密钥生成技术不需要第三方可信机构的密钥管理与分发,理论上可以做到一次一密,达到香农保密通信的绝对安全。在5G和物联网时代,物理层密钥生成技术可以对传统加密方式进行补充甚至完全替代,具有广阔的应用前景。本文着重对物理层密钥生成技术的应用场景进行研究,主要的工作与创新点如下:（1）将物理层密钥生成技术拓展至水下传感器网络。首先,为解决水下传感器网络传输距离远和通信时延过大引起的互异性受损的问题,提出导频辅助中继探测协议;其次,为了进一步加强密钥生成方案抵抗邻近窃听的能力,提出导频辅助中继保密协议,该协议在保证密钥生成方案安全性的同时,提升了密钥一致性（KAR）和密钥生成速率（KGR）;然后,为了减小信号衰减和噪声的影响,提出导频辅助中继放大保密协议和导频辅助均值放大保密协议,进一步优化了密钥生成技术的KAR和KGR;最后,通过仿真结果分析了方案的KAR、KGR和密钥随机性（KR）,验证了所提方案在水下传感器网络的可行性。（2）针对目前现有的密钥生成方案大多基于被动窃听,没有考虑窃听者主动攻击的情形,提出了基于主动窃听的物理层密钥生成方案。首先,本文构建了主动窃听的系统模型;其次,针对主动窃听者干扰合法用户传递信息的问题,提出基于最小均方（LMS）的公共导频探测协议和基于离散余弦变换最小均方（DCT-LMS）的公共导频探测协议,提出协议减小干扰信号影响的同时,均显著的提升了KAR;然后,针对量化预处理方案丢弃比特数过多导致KGR严重受损的问题,提出了改进方案,其原理是对通信双方初始密钥序列进行模2加运算,然后收发方根据运算结果删除错误比特。相比于原方案,改进方案提升KAR的同时,也将KGR提升至2-4倍;最后,提出了基于主动窃听的物理层密钥生成技术的整体方案,并对方案进行了仿真及性能分析,验证了所提方案的有效性。