[论文解读] 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 8

一句话总结

本文比较了在具有发送器、合法接收器和窃听者的情况下，物理层安全与隐蔽通信在窃听信道中的表现。在功率约束下，通过制定功率分配策略以最大化保密速率或隐蔽速率，结果表明当窃听者靠近发送器或处于低噪声环境时，隐蔽通信优于物理层安全。

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.

研究动机与目标

• 分析并比较在窃听信道设置下物理层安全与隐蔽通信的性能。
• 制定并求解在发射功率约束下最大化保密速率或隐蔽速率的功率分配问题。
• 评估在何种信道条件下，隐蔽通信或物理层安全更具优势。
• 为实际无线系统中选择隐蔽通信或基于保密的传输方式提供设计洞见。

提出的方法

• 构建一个包含发送器、合法接收器和窃听者的窃听信道模型。
• 设计一种功率分配策略，以在总发射功率约束下最大化保密速率。
• 设计一种独立的功率分配策略，以在相同功率约束下最大化隐蔽速率。
• 利用随机几何或信道状态信息来建模窃听者的信道条件和噪声水平。
• 采用基于仿真的评估方法，比较在不同窃听者位置和噪声水平下两种方法的性能。
• 应用优化技术推导出在可靠性和隐蔽性之间取得平衡的功率分配策略。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种信道条件下，隐蔽通信在可靠传输方面优于物理层安全？
• RQ2 窃听者靠近发送器对隐蔽通信与保密速率性能有何影响？
• RQ3 窃听者接收端的噪声水平如何影响隐蔽通信与物理层安全之间的选择？
• RQ4 何种功率分配策略可在保持低检测概率的同时最大化隐蔽速率？
• RQ5 在相同的发射功率约束下，保密速率与隐蔽速率之间存在何种权衡？

主要发现

• 当窃听者靠近发送器时，隐蔽通信的性能优于物理层安全。
• 在窃听者端为低噪声环境时，隐蔽通信在可靠传输速率方面显著优于物理层安全。
• 随着窃听者信道质量的提高（即噪声降低或信噪比升高），隐蔽通信相对于物理层安全的性能增益也随之增加。
• 隐蔽通信的功率分配策略对窃听者位置和信道条件的敏感性高于保密速率最大化的策略。
• 仿真结果证实，在窃听者既靠近发送器又处于低噪声环境的场景中，隐蔽通信更具优势。