[論文レビュー] Covert Communications Versus Physical Layer Security.

Moslem Forouzesh, Paeiz Azmi+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2018

Wireless Communication Security Techniques参考文献 23被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、送信者、目的受信者、盗聴者を有するワイヤテイプチャネルにおける物理層セキュリティとコベット通信を比較する。送信パワー制約下で、セキュリティ率またはコベット率を最大化するためのパワー割り当てを定式化し、盗聴者が送信者に近いか、低ノイズ環境にある場合には、コベット通信が物理層セキュリティを上回ることを示している。

ABSTRACT

This letter studies and compares the physical-layer security approach and the covert communication approach for a wiretap channel with a transmitter, an intended receiver and an eavesdropper. In order to make the comparison, we investigate the power allocation problems for maximizing the secrecy/covert rate subject to the transmit power constraint. Simulation results illustrate that if the eavesdropper is not noisy or it is near to the transmitter, covert communication is more preferable.

研究の動機と目的

• 物理層セキュリティとコベット通信の性能を、ワイヤテイプチャネル環境下で分析・比較すること。
• 送信パワー制約下で、セキュリティ率またはコベット率を最大化するためのパワー割り当て問題を定式化・解明すること。
• どのようなチャネル条件において、コベット通信または物理層セキュリティのアプローチがより効果的であるかを評価すること。
• 実用的な無線システムにおいて、コベット通信とセキュリティベースの伝送の間で選択するための設計インサイトを提供すること。

提案手法

• 送信者、目的受信者、盗聴者を有するワイヤテイプチャネルモデルを定式化する。
• 全送信パワー制約下で、セキュリティ率を最大化するためのパワー割り当て戦略を構築する。
• 同じパワー制約下で、コベット率を最大化するための別個のパワー割り当て戦略を構築する。
• 確率的幾何学的アプローチまたはチャネル状態情報（CSI）を用いて、盗聴者のチャネル状態とノイズレベルをモデル化する。
• シミュレーションを用いた評価を通じて、盗聴者の位置やノイズレベルの変動に応じた両アプローチの性能を比較する。
• 最適化技術を用いて、信頼性とコベット性の両立を図るパワー割り当てポリシーを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようなチャネル条件において、コベット通信が物理層セキュリティを上回り、信頼性の高い伝送を達成できるか？
• RQ2 盗聴者が送信者に近い場合、コベット通信とセキュリティ率の両者の性能にどのような影響が生じるか？
• RQ3 盗聴者の受信機におけるノイズレベルが、コベット通信と物理層セキュリティの選択にどのように影響するか？
• RQ4 検出確率を低く保ちつつ、コベット率を最大化するためのパワー割り当て戦略は何か？
• RQ5 同じ送信パワー制約下で、セキュリティ率とコベット率のトレードオフはどのように変化するか？

主な発見

• 盗聴者が送信者に近い場合、コベット通信は物理層セキュリティを上回る性能を達成する。
• 盗聴者の環境が低ノイズである場合、コベット通信は信頼性の高い伝送レートにおいて、物理層セキュリティを著しく上回る。
• 盗聴者のチャネル品質が向上する（ノイズが低いかSNRが高い）ほど、コベット通信の物理層セキュリティに対する性能向上が顕著になる。
• コベット通信のためのパワー割り当て戦略は、セキュリティ率最大化のための戦略よりも、盗聴者の位置やチャネル状態に敏感である。
• シミュレーション結果から、盗聴者が送信者に近く、かつ低ノイズ環境にある状況では、コベット通信がより好ましいことが確認された。