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Idéias básicas de métodos de criptografia para sistemas MIMO-OFDM na camada física

Tentei explicar o assunto em termos simples. Parece-me que para compreender este material, não é necessário nenhum conhecimento especial, exceto a capacidade de ler textos em russo e um pouco de conhecimento de matemática. Talvez em algum lugar eu tenha esquecido detalhes importantes ou dito coisas muito óbvias, mas isso tudo por uma questão de disponibilidade geral. Não julgue estritamente. Leitura feliz.





Por que isso é tão importante?

, , ( , ). , . OFDM ( , ), . – , – MIMO .





, . , .





…

. OFDM- MIMO massive-MIMO , .





MIMO massive-MIMO ?

MIMO (Multiple Input Multiple Output) – , . :





  • SISO - Single Input Single Output





  • SIMO - Single Input Multiple Output





  • MISO - Multiple Input Single Output





  • MIMO - Multiple Input Multiple Output





, SIMO – , , . , 1000 , 5000 . , - . , MIMO , , - - .





MIMO , . , . ( ). , , , . MIMO , .





:





  • (time diversity) – .





  • (frequency diversity) – , .





  • (spatial diversity) – ( ) , , .





Y – , H – , X – , N – (AWGN- ). :





Y = HX + N

– – :





X ^ * = (H ^ TH- \ sigma ^ 2I) ^ {- 1} H ^ TY





, .





Massive-MIMO – , . 128, 256… , 2-3 . MIMO WiFi, LTE. Massive-MIMO 5G , , 6G.





. MIMO , , . , ( ).





MIMO-system OFDM .

OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing — ) – , , . .





- OFDM- : (ISI – inter-symbol interference) (ICI – inter-carrier interference).





ISI 





, , . , (guard interval).





ICI





, , . – . (CP insertion) – , , ISI, .





OFDM:









  • ( ( ), )





  • ( )





OFDM:





  • , -













, . , .





: , (CIA triangle - Confidentiality, Integrity, Availability). .





.





, . , , . :





  • .





  • – . , , .





  • (, ), , .





.





, . : , , , .





.





. , , . - DOS (Denial of Service) DDOS (Distributed Denial of Service) . .





, ( ) . . MIMO-OFDM .





, . .





: Fake client attack (FCA) Fake access point (AP) attack. 





Fake client attack. (CSI – Channel State Information). .





Fake access point attack. , - . .





. .





, . , , , .





:





  • H0 = " " H1 = " "





  • ,





  • , .





AKBA(asymmetric-key based authentication):





  • , .





h_n (t) = αh_n (t - 1) + \ sqrt {1-α ^ 2} z_n (t)

α - , z(t) - c.. .





  • , b.





  • b, - (K1, K2)





  • K1, K2, .





SKBA(symmetric-key based authentication):





  • , .





h_n (t) = αh_n (t - 1) + \ sqrt {1-α ^ 2} z_n (t)

  • . , .





  • 2N





c ^ * = argmin_ {c∈C} || h_A (2) - c || ^ 2

  • .





e = h_A (2) - c ^ *





h_B = h_B (1) - e

  • .





c ^ * = argmin_ {c∈C} || h_B - c || ^ 2

  • - , .









( , ). ( MIMO-OFDM ) . , .





.





PLA(Physical Layer Authentication)





  • , ( ).





  • t > 1 , :





ψ (t) = \ frac {1} {N {\ gamma_ {A}} ^ 2 (t)} \ sum_ {n = 1} ^ {N} {| h_n (t) -α ^ {t-1} h_n (1) | ^ 2}

  • :





ψ (t) <θ (t)

, , . , .









, , .





: , , .





, . 4 . ( ) , , , ( , ). , .









. , .









. , ( - ). . :





Y = HSX + N

N - AWGN( ), H - , X -





:





X ^ * = S ^ {- 1} H ^ {- 1} Y = X + S ^ {- 1} H ^ {- 1} N

. , , . .













, M .





M w . M





x = \ sum_ {i = 1} ^ {M} {w_ms_i}

(SINR - signal-to-interference-plus-noise ratio)





\ gamma_ {k, m} = \ frac {P | h_kw_m | ^ 2} {\ sum_ {i = 1, i \ neq m} ^ {M} {P | h_kw_i | ^ 2} + \ sigma ^ 2}

P -





:





w_ {m_k} = arg max_ {1≤m≤M} {γ_ {k, m}}

  , SINR SINR. , SINR. .





.









: . . , .





(AN - Artificial Noise)





. , , .





l- :





x ^ l_ {AN} = Ω ^ l_ {ZF} u ^ l + Z ^ lv ^ lΩ ^ l_ {ZF} = (H ^ l) ^ {+}

Z SVD :





H ^ l = U ^ l Λ ^ l [V ^ l Z ^ l] ^ H

:





y ^ l = H ^ lx ^ l + n ^ l = u ^ l + H ^ ln ^ l

:





y ^ l_ {AN} = G ^ lx ^ l_ {AN} + n ^ l = G ^ l Ω ^ l_ {ZF} u ^ l + G ^ l Z ^ lv ^ l + n ^ l

(AFF - Artificial Fast Fading)





. . , .





l- :





x ^ l_ {AFF} = Ω ^ l_ {AFF} u ^ lΩ ^ l_ {AFF} = [Ω ^ l_ {rand} Ω ^ l_ {cancelar}] ^ T

, : , .





Ω ^ l_ {cancel} = ({H ^ l} ​​_ {cancel}) ^ {- 1} (I - {H ^ l} ​​_ {rand} {Ω ^ l} ​​_ {rand})

:





y ^ l_ {AFF} = H ^ lx ^ l_ {AFF} + n ^ l = u ^ l + n ^ l

:





y ^ l_ {AFF} = G ^ lx ^ l_ {AFF} + n ^ l = G ^ l Ω ^ l_ {AFF} u ^ l + n ^ l









, , . , ( ), … . , .









. , . , . , , .





, .





. , . .





:

[] - What is Information Security? The Basics of Information Security





[] - Comparison Between Asymmetric and Symmetric Channel-Based Authentication for MIMO Systems





[] - A Physical Layer Security Scheme Employing Imaginary Receiver for Multiuser MIMO-OFDM Systems





[] - High security orthogonal factorized channel scrambling scheme with location information embedded for MIMO-based VLC system





[] - Mode Selection in MU-MIMO Downlink Networks: A Physical-Layer Security Perspective





[] - Esquema de formação de feixe e interferência cooperativa baseada em MIMO virtual para a segurança da rede de sensores sem fio em cluster





[] - Autenticação de camada física em canais de escuta com atenuação MIMO





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