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Idées de base des méthodes de chiffrement pour les systèmes MIMO-OFDM au niveau de la couche physique

J'ai essayé d'expliquer le sujet en termes simples. Il me semble que pour comprendre ce matériel, des connaissances particulières ne sont pas nécessaires, sauf la capacité de lire des textes en russe et un peu de connaissances en mathématiques. Peut-être que quelque part, j'ai manqué des détails importants ou dit des choses trop évidentes, mais tout cela pour des raisons de disponibilité générale. Ne jugez pas strictement. Bonne lecture.





Pourquoi est-ce si important?

, , ( , ). , . 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_ {annuler}] ^ T

, : , .





Ω ^ l_ {annuler} = ({H ^ l} ​​_ {annuler}) ^ {- 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





[] - Schéma coopératif de formation de faisceau et de brouillage basé sur MIMO virtuel pour la sécurité du réseau de capteurs sans fil en cluster





[] - Authentification de la couche physique sur les canaux d'écoute électronique à évanouissement MIMO





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