طرحي براي انتقال محرمانه اطلاعات در لايه فيزيكي در سامانه هاي رله MIMO

كارشناسي ارشد

پژوهش پيش رو، طرحي امن و مقاوم در سطح لايه فيزيكي را ارائه مي‌دهد كه به كمك آن مي‌توان سيگنال‌هاي پيام را در يك سامانه رله چندين ورودي – چندين خروجي يك‌طرفه دو پرشي، به‌صورت محرمانه مخابره نمود. اين طرح بر اساس چهار شيوه مختلف بناشده است كه به ترتيب شامل پنجره كردن رله، انتخاب آنتن ارسال دوگانه، به اشتراك‌گذاري راز و رمزنگاري در لايه فيزيكي مي‌باشند. مطابق شيوه پنجره كردن رله، فرستنده دو رله را از بين رله‌هاي موجود كه بيشترين سطح SNR را تحويل مي دهند انتخاب نموده و در قالب دو اسلات زماني عمود بر هم، يك بلوك اصلي داده k بيتي را كه از قبل با توجه به شيوه به اشتراك گذاري راز به دو بخش تقسيم شده به سمت رله ها مخابره مي كند. رله‌هاي انتخابي نيز بعد از اينكه اطلاعات مربوط به خود را با كمك رمزنگاري ورنام رمز كردند، اطلاعات رمز شده را در قالب دو اسلات زماني عمود بر هم به سمت مقصد ارسال مي نمايند. بنابراين در پرش اول و در قالب دو اسلات زماني، سيگنال حاوي پيام به رله ها و در پرش دوم و در قالب دو اسلات زماني ديگر، سيگنال پيام به سمت مقصد مخابره مي‌گردد. به طور كلي، طرح انتقال سيگنال در هر دو پرش براساس طرح انتخاب آنتن ارسال يگانه/ گيرنده تركيب نرخ حداكثر (TAS/MRC) مي‌باشد. اما به طور خاص، بجاي ارسال با يك آنتن از دو آنتن به طور هم زمان براي ارسال يك سيگنال حامل استفاده مي‌شود. به همين دليل گيرنده MRC كه در اين پژوهش مطرح مي‌شود بر مبناي ارسال با دو آنتن طراحي مي‌گردد. در نتيجه، طرح انتقالي كه در اين پژوهش به كار گرفته مي‌شود را مي‌توان به صورت انتخاب آنتن ارسال دوگانه/ گيرنده تركيب كننده نرخ حداكثر با انتخاب آنتن دريافت دوگانه (DTAS/DRAS-MRC) مطرح كرد. ضمناً در بدترين سناريو فرض مي‌شود شنودگر نيز به اين شيوه انتقال مجهز است. براي تجزيه‌وتحليل عملكرد محرمانگي سامانه، هركدام از شيوه‌هاي مذكور به‌طور دقيق از ديدگاه محرمانگي داده‌ها ارزيابي مي‌گردند.همچنين به منظور اينكه عملكرد محرمانگي سامانه به‌طور دقيق نشان داده شود، عملكرد محرمانگي در گره مقصد و گره رله‌ها به طور جداگانه بررسي مي‌شود. درنهايت، ارزيابي‌هاي محرمانگي سامانه در قالب متريك احتمال قطع محرمانگي و به‌صورت عبارات بسته رياضي و همچنين تحليل هاي مفهومي ارائه خواهد شد. در ضمن، به دليل اينكه اطلاعات حالت كانالي كه در اختيار فرستنده است عملاً منسوخ است، در تمام شبيه‌سازي‌ها و تئوري‌هاي صورت گرفته در اين پژوهش، اطلاعات حالت كانال كامل نيست. تحليل‌هاي تئوري و نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه شيوه پنجره كردن رله منجر به كاهش مقدار احتمال قطع محرمانگي در گره رله‌ها شده و درنتيجه، مخابره پيام در كانال ارتباطي مابين فرستنده منبع و رله‌هاي انتخاب‌شده به‌صورت محرمانه صورت مي‌پذيرد. اين تحليل‌ها ثابت مي‌كنند كه هرچقدر تعداد رله‌هاي سامانه افزايش يابد، محرمانگي اطلاعات بهتر حفظ خواهد شد. از طرفي ديگر، درصورتي‌كه شنودگر از به‌كارگيري شيوه انتخاب آنتن ارسال دوگانه مطلع نباشد، نتايج ثابت مي‌كنند كه عملكرد محرمانگي سامانه قانوني بهبود مي‌يابد. زيرا شنودگر به گيرنده MRC مجهز خواهد شد كه بر مبناي يك آنتن ارسال كار مي كند، در نتيجه شنودگر در مقايسه با گيرنده قانوني، دچار افت سطح SNR در گيرنده خود مي‌شود. همچنين تحليل‌هاي مفهومي مشخص مي‌كند كه شيوه به اشتراك‌گذاري راز به دليل تفكيك اطلاعات ارسالي از يكديگر، منجر به مقاوم شدن سامانه در برابر حملاتي همچون جستجوي جامع در رله‌ها و مقصد مي‌گردد. درنهايت، رمزنگاري در لايه فيزيكي به كمك رمزنگاري ورنام باعث حفظ محرمانگي در كانال مابين رله‌هاي انتخابي و گيرنده مقصد خواهد شد. واژگان كليدي – رمزنگاري، اطلاعات حالت كانال منسوخ‌شده، امنيت لايه فيزيكي، متريك احتمال قطع محرمانگي، گيرنده MRC، انتخاب آنتن ارسال

193094

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي فناوري اطلاعات - مخابرات امن

دكتر ابوالفضل فلاحتي