[논문 리뷰] Covert Communications Versus Physical Layer Security.

Moslem Forouzesh, Paeiz Azmi외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 18.

Wireless Communication Security Techniques참고 문헌 23인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 송신기, 목적 수신기, 도청자로 구성된 웨이트탭 채널에서 물리계층 보안과 도청 통신을 비교한다. 전력 할당을 수식화하여 전력 제약 조건 하에서 비밀성 또는 도청 통신 비율을 최대화하며, 도청자가 송신기에 가까운 경우 또는 낮은 잡음 환경일 경우 도청 통신이 물리계층 보안보다 우수하다고 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 웨이트탭 채널 환경에서 물리계층 보안과 도청 통신의 성능을 분석하고 비교하는 것.
• 전송 전력 제약 조건 하에서 비밀성 비율 또는 도청 통신 비율을 최대화하는 전력 할당 문제를 수립하고 해결하는 것.
• 어떤 채널 조건에서 한 가지 접근 방식—도청 통신 또는 비밀성 기반 전송—이 더 효과적인지 평가하는 것.
• 실제 무선 시스템에서 도청 통신과 비밀성 기반 전송 간의 선택에 대한 설계 통찰을 제공하는 것.

제안 방법

• 송신기, 목적 수신기, 도청자를 포함한 웨이트탭 채널 모델을 수립한다.
• 총 전송 전력 제약 조건 하에서 비밀성 비율을 최대화하는 전력 할당 전략을 개발한다.
• 동일한 전력 제약 조건 하에서 도청 통신 비율을 최대화하는 별도의 전력 할당 전략을 개발한다.
• 도청자의 채널 조건과 잡음 수준을 모델링하기 위해 확률적 기하학 또는 채널 상태 정보를 사용한다.
• 시뮬레이션 기반 평가를 통해 다양한 도청자 위치와 잡음 수준에서 두 접근 방식의 성능을 비교한다.
• 최적화 기법을 적용하여 신뢰성과 은밀성의 균형을 이루는 전력 할당 정책을 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 채널 조건에서 도청 통신이 신뢰성 있는 전송 측면에서 물리계층 보안을 능가하는가?
• RQ2 도청자가 송신기에 가까워질수록 도청 통신 성능과 비밀성 비율 간의 영향은 어떠한가?
• RQ3 도청자 수신기의 잡음 수준이 도청 통신과 물리계층 보안 간의 선택에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 저감도 탐지 확률을 유지하면서 도청 통신 비율을 최대화하는 전력 할당 전략은 무엇인가?
• RQ5 동일한 전송 전력 제약 조건 하에서 비밀성 비율과 도청 통신 비율 간의 상충 관계는 어떠한가?

주요 결과

• 도청자가 송신기에 가까이 위치할 경우 도청 통신이 물리계층 보안보다 더 우수한 성능을 발휘한다.
• 도청자에서 낮은 잡음 환경일 경우 도청 통신은 신뢰성 있는 전송 비율 측면에서 물리계층 보안을 크게 능가한다.
• 도청자의 채널 품질이 향상될수록(즉, 낮은 잡음 또는 높은 신호대잡음비) 도청 통신의 성능 향상이 물리계층 보안에 비해 증가한다.
• 도청 통신을 위한 전력 할당 전략은 비밀성 비율 최적화 전략보다 도청자 위치와 채널 조건에 더 민감하다.
• 시뮬레이션 결과는 도청자가 송신기에 가까이 있고 낮은 잡음 환경에 있을 경우 도청 통신이 더 바람직하다는 것을 확인한다.