Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Bảo mật thông tin ở lớp vật lý: Giao thức hiệu quả và đánh giá hiệu năng

Chia sẻ: Trần Văn Nan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu Đánh giá ảnh hưởng của phần cứng không lý tưởng lên hiệu năng bảo mật của hệ thống truyền thông đa chặng. Nghiên cứu hiệu năng bảo mật của hệ thống truyền thông đa chặng trong môi trường vô tuyến nhận thức. Nghiên cứu kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp và gây nhiễu trong hệ thống truyền thông hợp tác. Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật thu thập năng lượng vào hệ thống truyền thông hợp tác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Bảo mật thông tin ở lớp vật lý: Giao thức hiệu quả và đánh giá hiệu năng

5. Đánh giá hệ thống truyền thông hợp tác chuyển tiếp theo cụm trong BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG điều kiện thông tin trạng thái kênh truyền không hoàn hảo, sử dụng kỹ thuật HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG lựa chọn nút chuyển tiếp đơn trình để lựa chọn nút chuyển tiếp tốt nhất. B. Hướng phát triển của luận án Qua các mô hình đánh giá và đề xuất, NCS nhận thấy còn có các vấn đề nghiên cứu trong tương lai theo các hướng như sau: 1. Nghiên cứu, đánh giá hiệu năng bảo mật của hệ thống truyền thông vô tuyến hợp tác làm việc ở chế độ song công hoàn toàn trong các kênh truyền CHU TIẾN DŨNG Nakagami-m và Rician; 2. Đánh giá mô hình mạng cụm vô tuyến chuyển tiếp trong môi trường vô tuyến nhận thức dạng chồng chập hoặc đan xen; 3. Nghiên cứu các mô hình đã được đề xuất và đánh giá với kỹ thuật chuyển tiếp hai chiều; 4. Nghiên cứu tối ưu khoảng cách của các nút chuyển tiếp hay sử dụng kỹ BẢO MẬT THÔNG TIN Ở LỚP VẬT LÝ: thuật MIMO trong hệ thống truyền thông đa chặng; GIAO THỨC HIỆU QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG 5. Nghiên cứu bảo mật thông tin ở lớp vật lý cho hệ thống truyền không trực giao (NOMA). Chuyên nghành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 9.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2019
Công trình hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KẾT LUẬN Trong luận án này, tác giả đã tiến hành nghiên cứu chi tiết về hệ thống Người hướng dẫn khoa học: truyền thông vô tuyến đa chặng và hệ thống truyền thông vô tuyến hợp tác. 1. PGS.TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo Luận án khảo sát các hệ thống truyền thông đa chặng: i) trong môi trường vô tuyến nhận thức; ii) dưới sự tác động của phần cứng không lý tưởng; iii) ảnh 2. TS. Nguyễn Lương Nhật hưởng của trạng thái kênh truyền không hoàn hảo. Đối với hệ thống vô tuyến truyền thông hợp tác, luận án đề xuất mô hình chuyển tiếp và gây nhiễu có lựa chọn sử dụng kỹ thuật RF. Bên cạnh đó, luận án cũng đề xuất mô hình truyền thông vô tuyến hợp tác lựa chọn nút chuyển tiếp và gây nhiễu bằng năng lượng thu thập. Phản biện 1: A. Các kết quả của luận án Phản biện 2: Các kết quả chính đạt được của luận án có thể tóm tắt như sau: Phản biện 3: 1. Nghiên cứu, khảo sát mạng vô tuyến chuyển tiếp đa chặng sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp RF trong môi trường vô tuyến nhận thức với các chặng chuyển tiếp được tổ chức gồm nhiều nút chuyển tiếp (cụm). Luận án đã đưa ra được biểu thức chính xác của xác xuất dừng bảo mật vào dung lượng bảo mật khác không của hệ thống. Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tại: 2. Đánh giá ảnh hưởng của phần cứng không lý tưởng lên hiệu năng bảo Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, mật của hệ thống vô tuyến truyền thông đa chặng trên kênh truyền pha đinh Vào lúc: . . . giờ, ngày . . . tháng . . . năm 2019 Rayleigh. Luận án đưa ra được biểu thức dạng đóng của xác suất dừng bảo mật và dung lượng bảo mật khác không của hệ thống. 3. Đề xuất một mô hình truyền thông vô tuyến hợp tác gây nhiễu và chuyển tiếp có lựa chọn trên kênh truyền pha đinh Rayleigh. Luận án đưa ra Có thể tìm hiểu luận án tại: biểu thức dạng đóng của xác suất dừng bảo mật, dung lượng bảo mật khác Thư viện Quốc gia. không và dung lượng bảo mật trung bình. Thư viện Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông. 4. Đề xuất một mô hình truyền thông vô tuyến hợp tác lựa chọn nút chuyển tiếp tốt nhất và gây nhiễu bằng năng lượng thu thập. Luận án đưa ra biểu thức dạng đóng của xác suất dừng bảo mật của mô hình đề xuất. 21
10 0 Hình 4.3: Ảnh hưởng của số nút chuyển tiếp trong MỞ ĐẦU mỗi cụm lên SOP khi Cth = 1, β = 3, -1 10 (xE , yE ) = (1, 2), K = 3 1. Bối cảnh nghiên cứu Hệ thống thông tin vô tuyến đang được ứng dụng và ρ = 0.9. nhiều công nghệ tiên tiến nhằm đáp ứng yêu cầu về chất lượng, tốc độ và dịch vụ ngày càng cao của người sử dụng, đặc biệt là các thiết bị người dùng sử dụng kênh truyền vô tuyến. Do đặc tính quảng bá của kênh truyền, hệ 10 -2 0 5 10 15 20 25 30 SNR trung bình [dB] thống truyền thông vô tuyến dễ bị nghe lén và tấn công mạo danh. Bảo mật lớp vật lý không cần phải xem xét các giao thức bảo mật được và tỷ số độ lợi kênh truyền trung bình giữa kênh hợp pháp và kênh nghe lén. thực hiện như thế nào và nó cũng không đòi hỏi phải thực hiện bất kỳ cơ chế bảo mật bổ sung nào ở các lớp khác trên lớp vật lý. Hơn nữa, xác thực ở lớp Kết quả mô phỏng ở Hình 4.6 cho thấy cụm có số lượng nút chuyển tiếp vật lý có thể xác thực các nút hợp pháp một cách nhanh chóng. tối thiểu sẽ quyết định hiệu năng bảo mật của hệ thống. Luận án của nghiên cứu sinh được đặt ra trong bối cảnh nghiên cứu này, với mục tiêu nâng cao hiệu năng bảo mật thông tin ở lớp vật lý bằng cách 4.3 Kết luận chương sử dụng các phương pháp kỹ thuật tiên tiến như: truyền thông hợp tác sử Trong Chương 4, luận án đã trình bày mô hình mạng vô tuyến chuyển dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp tốt nhất, gây nhiễu nhân tạo, truyền tiếp theo cụm sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp tốt nhất, kết hợp thông đa chặng và nghiên cứu ảnh hưởng của trạng thái kênh truyền không với phương pháp ngẫu nhiên-và-chuyển tiếp dưới sự tác động của thông tin hoàn hảo lên hiệu năng bảo mật của hệ thống truyền thông vô tuyến. trạng thái kênh truyền. Các giá trị SOP và PrNZ thể hiện hiệu năng bảo 2. Mục đích nghiên cứu mật của hệ thống tăng khi số nút và số cụm chuyển tiếp tăng, điều này đồng - Đánh giá ảnh hưởng của phần cứng không lý tưởng lên hiệu năng bảo mật nghĩa với việc tăng dung lượng cho kênh chính. của hệ thống truyền thông đa chặng. Các kết quả được công bố trong công trình số 04. - Nghiên cứu hiệu năng bảo mật của hệ thống truyền thông đa chặng trong môi trường vô tuyến nhận thức. - Nghiên cứu kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp và gây nhiễu trong hệ thống truyền thông hợp tác. - Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật thu thập năng lượng vào hệ thống truyền thông hợp tác. - Đánh giá hiệu năng bảo mật của hệ thống vô tuyến hợp tác trong điều kiện thông tin trạng thái kênh truyền không hoàn hảo. - Ứng dụng kỹ thuật chuyển tiếp RF trong hệ thống vô tuyến hợp tác. 20 1
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 4.2.2 Phân tích hiệu năng hệ thống - Hệ thống thông tin vô tuyến hợp tác. - Kênh truyền pha-đinh Rayleigh. 4.2.2.1 Xác suất dừng bảo mật - Các kỹ thuật xử lý tín hiệu tại nút chuyển tiếp vô tuyến. Xác suất dừng bảo mật của hệ thống được biểu diễn như (4.21): - Các phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp trong truyền thông hợp tác. K Mk - Hệ thống thông tin vô tuyến chuyển tiếp đa chặng trong môi trường vô Y X Mk SOP = 1− 1− (−1)`+1 (4.21) tuyến nhận thức. ` k=1 `=1 - Kỹ thuật thu thập năng lượng. " #! `(θ − 1) 1 4. Phương pháp nghiên cứu × 1 − exp . ηDk (1 + (` − 1) (1 − ρ2 )) 1+ `ηEk θ - Tổng hợp kiến thức về bảo mật thông tin ở lớp vật lý cũng như các kiến ηDk (1+(`−1)(1−ρ2 )) thức liên quan đến nội dung luận án. - Nghiên cứu, tổng hợp kết quả của các công trình nghiên cứu liên quan trong 4.2.2.2 Xác suất dung lượng bảo mật khác không và ngoài nước. Xác suất bảo mật khác không toàn hệ thống Pr(Ce2e > 0): - Đề xuất, xây dựng mô hình hệ thống thông tin vô tuyến theo mục đích K Mk ! " #! nghiên cứu. Y X Mk `+1 1 Pr(Ce2e > 0) = 1− (−1) 1− `ηEk . - Mô hình hóa toán học cho hệ thống thông tin vô tuyến đề xuất trên kênh ` 1+ ηDk (1+(`−1)(1−ρ2 )) k=1 `=1 truyền pha-đinh Rayleigh. (4.26) - Tính toán, phân tích các tham số đánh giá hiệu năng bảo mật của mô hình đề xuất. 4.2.3 Mô phỏng và đánh giá kết quả - Sử dụng phương pháp mô phỏng Monte-Carlo mô phỏng kết quả tính toán, phân tích trên phần mềm Matlab. 100 Hình 4.2: Ảnh hưởng của - Kiểm chứng, nhận xét kết quả mô phỏng và kết quả tính toán, phân tích. 5. Bố cục luận án: ρ lên SOP khi Cth = 1, -1 10 Chương 1: Tổng quan về thông tin vô tuyến và đảm bảo an toàn thông tin β = 3, (xE , yE ) = (1, 2) ở lớp vật lý. và M = [3 3 3]. Chương 2: Phân tích hiệu năng bảo mật của hệ thống vô tuyến truyền thông 10-2 đa chặng. ρ = 0.7 ρ = 0.9 Chương 3: Phân tích hiệu năng bảo mật của hệ thống vô tuyến truyền thông 10-3 ρ = 0.95 ρ = 0.99 hợp tác. ρ=1 Chương 4: Phân tích hiệu năng bảo mật của hệ thống vô tuyến truyền thông 10-4 0 5 10 15 20 25 30 hợp tác trong điều kiện thông tin trạng thái kênh truyền không hoàn hảo. SNR trung bình [dB] Kết quả mô phỏng ở Hình 4.2 cho thấy rõ ràng rằng giá trị SOP tiến đến một giới hạn khi giá trị SNR ở miền cao, đó là một hàm của số lượng chặng 2 19
Chương 4 Chương 1 PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA HỆ TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN VÀ THỐNG VÔ TUYẾN TRUYỀN THÔNG HỢP ĐẢM BẢO AN TOÀN THÔNG TIN TÁC TRONG ĐIỀU KIỆN THÔNG TIN TRẠNG Ở LỚP VẬT LÝ THÁI KÊNH TRUYỀN KHÔNG HOÀN HẢO 1.1 Bảo mật thông tin trong hệ thống thông tin vô tuyến 4.1 Các nghiên cứu liên quan 1.2 Các tham số hiệu năng bảo mật 4.2 Ảnh hưởng của kênh truyền không lý tưởng đối với hiệu 1.2.1 Dung lượng bảo mật năng bảo mật của mạng chuyển tiếp Dung lượng bảo mật thông tin được định nghĩa như sau: 4.2.1 Mô hình hệ thống C = [CD − CE ]+ ( log2 (1 + γD ) − log2 (1 + γE ), γD > γE = (1.11) 0, γD ≤ γE . Hình 4.1: Giao thức E chuyển tiếp vô tuyến ba 1.2.2 Xác suất dung lượng bảo mật khác không chặng trong mạng cụm Thông số này thể hiện xác suất mà dung lượng Shannon của kênh truyền D (cluster) với sự xuất hiện dữ liệu lớn hơn kênh truyền nghe lén. R R của nút nghe lén. Pr(C > 0) = Pr(γD > γE ) (1.12) R R D S R R D 1.2.3 Xác suất dừng bảo mật Là tham số hiệu năng định lượng khả năng đảm bảo an toàn thông tin của hệ thống với một tốc độ truyền dữ liệu bảo mật mong muốn. Quá trình truyền thông tin từ nút nguồn đến nút đích được sự hỗ trợ bởi các cụm nút chuyển tuyếp. Trong cụm k , có Mk nút chuyển tiếp theo kỹ λD + λE C − 2 λth −1 thuật chuyển tiếp RF. Pr(C < Cth ) = 1 − e D . (1.18) λD + 2Cth γE 18 3
Hình 3.7: Xác suất dừng 1.3 Truyền thông hợp tác 0.8 bảo mật biểu diễn theo M Truyền thông hợp tác hỗ trợ chuyển tiếp dữ liệu, tăng thông lượng và mở 0.7 rộng vùng phủ sóng cho hệ thống truyền thông vô tuyến. 0.6 khi Ψ = 10[dB] và N = 1. = 0.25 ) 0.5 R 1.3.1 Phương pháp chuyển tiếp vô tuyến R = 0.25 ) 0.4 = 0.75) R Chuyển tiếp một chiều. R = 0.75 ) 0.3 Chuyển tiếp hai chiều. 0.2 Chuyển tiếp chia sẻ. 0.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 M 1.3.2 Kỹ thuật xử lý tín hiệu chuyển tiếp vô tuyến Kỹ thuật Khuếch đại-và-Chuyển tiếp Trong Hình 3.9, xác suất dừng bảo mật của cả hai giao thức PP và CC Kỹ thuật Giải mã-và-Chuyển tiếp giảm khi số lượng nút chuyển tiếp M tăng. Hơn nữa, vị trí của nút chuyển Kỹ thuật Ngẫu nhiên-và-Chuyển tiếp tiếp có tác động rất lớn đến hiệu năng bảo mật của hệ thống. 1.3.3 Các phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp 3.3 Kết luận chương Phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp đơn trình. Trong Chương 3, luận án đã khảo sát hiệu năng bảo mật của hệ thống vô tuyến hợp tác, sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp và gây nhiễu. Phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp toàn trình. Luận án đề xuất cụm nút chuyển tiếp có khả năng thu thập năng lượng để 1.4 Vô tuyến nhận thức thực hiện chuyển tiếp dữ liệu và gây nhiễu cho nút nghe lén. Vô tuyến nhận thức cho phép một người dùng không được cấp phép sử Các kết quả được công bố trong công trình số 03 và số 05. dụng tần số có thể truy nhập một phổ rỗi của một người dùng có giấy phép sử dụng tần số để truyền dẫn thông tin sao cho chỉ gây ra can nhiễu tối thiểu tới các người dùng có giấy phép hoạt động trong dải tần đó. 1.5 Kết luận chương Chương 1 đã trình bày các vấn đề cơ bản về bảo mật thông tin ở lớp vật lý, các tham số thể hiện hiệu năng bảo mật của hệ thống thông tin vô tuyến, truyền thông hợp tác, các phương pháp chuyển tiếp, các kỹ thuật chuyển tiếp trong hệ thống thông tin vô tuyến và vô tuyến nhận thức. 4 17
100 Hình 3.6: Xác suất dừng bảo mật biểu diễn theo giá trị Ψ [dB] khi M = 3 và Chương 2 xR = 0.5. 10-1 PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN TRUYỀN THÔNG ĐA CHẶNG 10-2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Ψ [dB] 2.1 Mạng vô tuyến nhận thức chuyển tiếp đa chặng Biểu thức xác suất dừng bảo mật của mô hình CC như sau: 2.1.1 Các nghiên cứu liên quan Sec SOPCC = Pr CCC < Cth (3.66) 2.1.2 Mô hình hệ thống đề xuất  −j+1 N MX t M −j+1 N λSE X =1 −  (−1) Mạng thứ cấp gồm một nút nguồn và một nút đích, với sự hiện diện của t j − 1 λSE + (t + j − 1) λSR θ j=1 t=0 một nút nghe lén. Nút nguồn truyền tin đến nút đích qua K cụm chuyển θ−1 λRE θ−1 tiếp. × exp − (t + j − 1) λSR exp −λRD . Ψ λRE + λRD θ Ψ Xem xét tại giá trị Ψ cao, xác suất dừng bảo mật được biểu diễn như biểu thức (3.67): Hình 2.1: Mô hình hệ PU-Tx PU-Rx  N MX −j+1 thống chuyển tiếp đa Ψ→+∞ t M −j+1 N X SOPCC ≈ 1 − 1 −  (−1) chặng sử dụng kỹ thuật t j−1 j=1 t=0 R R R lựa chọn nút chuyển tiếp λSE λRE S R R R D × . (3.67) từng phần. λSE + (t + j − 1) λSR θ λRE + λRD θ R R R 3.2.4 Mô phỏng và đánh giá kết quả Cụm 1 Cụm 2 Cụm K E Quan sát từ Hình 3.8, xác suất dừng bảo mật của giao thức đề xuất PP tốt hơn rất nhiều so với giao thức CC cho tất cả các giá trị của N và Ψ. Điều này chứng minh rằng, gây nhiễu và chuyển tiếp có lựa chọn có hiệu năng bảo mật rất lớn đối với hệ thống truyền thông hợp tác. 16 5
2.1.3 Phân tích hiệu năng hệ thống 3.2.3 Phân tích hiệu năng hệ thống Xác suất dừng bảo mật Xác suất dừng bảo mật theo mô hình đề xuất:  −j+1 K "M N MX # Q→+∞ Y Xi n+1 Mi λi−1,E X M −j+1 N t SOP ≈ 1− (−1) . (2.19) SOPPP =1 − 1 − (−1) n λi−1,E + nλi−1,i θ t j−1 i=1 n=1 j=1 t=0 λSE θ−1 × exp − (t + j − 1) λSR Xác suất dung lượng bảo mật khác không λSE + (t + j − 1) λSR θ Ψ θ−1 θω θ−1 × exp −λRD − λRD exp −λRD K "M Xi # Ψ Ψ Ψ Y n+1 Mi λi−1,E !# PrNZ = (−1) . (2.23) λRE θ
0 − − i=1 n=1 n λi−1,E + nλi−1,i × G3,1 1,3 + λRD ω
. (3.61) Ψ Ψ 0 0 0 2.1.4 Mô phỏng và đánh giá kết quả Với trường hợp tỉ số tín hiệu trên tạp âm (Ψ) cao, dung lượng bảo mật được biểu diễn như sau: Hình 2.2: Xác suất dừng  −j+1 N MX 1 Ψ→+∞ X Nt M −j+1 bảo mật biểu diễn theo SOPPP ≈ 1 − 1 − (−1) 0.9 j−1 t j=1 t=0 0.8 giá trị Q [dB] khi xE = λSE 0.7 1, yE = 0.25, xP = × λSE + (t + j − 1) λSR θ 0.6 −0.5, yP = −0.5, Cth = θ−1 θω θ−1 0.5 × exp −λRD − λRD exp −λRD 0.75, K = 3, và M1 = Ψ Ψ Ψ 0.4
!# M2 = M3 . λRE θ
0 − − 0.3 × G3,1 1,3 + λRD ω
. (3.63) Ψ Ψ 0 0 0 0.2 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 Q [dB] Thực hiện so sánh với mô hình hợp tác thông thường - CC, không sử dụng nút chuyển tiếp thu thập năng lượng để gây nhiễu cho nút nghe lén. Dung Trong Hình 2.3, Ta thấy rằng SOP giảm đáng kể khi ta tăng số lượng nút lượng bảo mật của mô hình CC được tính bởi: trong mỗi cụm. Hình 2.6 cho ta nhận xét, PrNZ tăng khi E cách xa tuyến truyền dữ liệu + Sec Sec Sec từ nguồn đến đích. CCC = min C1,CC , C2,CC , (3.64) 6 15
Hình 3.4: Xác suất dừng Hình 2.3: Xác suất dung 1 0.65 0.6 bảo mật biểu diễn theo giá 0.9 lượng bảo mật khác không 0.55 0.5 0.8 0.45 trị α khi P/N0 = 10[dB], biểu diễn theo giá trị yE 0.7 0.4 0.35 M = 3 và Cth = 1. 0.6 khi xE = 0.5, M = 3 và 0.3 0.5 K = 2) K = 2, 3, 5. 0.25 0.4 K = 3) 0.3 0.2 K = 5) 0.2 0.15 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 α yE Kênh dữ liệu Hình 3.5: Mô hình đề R1 Kênh nghe lén Kênh gây nhiễu xuất bảo mật với Nth 2.2 Mạng chuyển tiếp đa chặng với phần cứng không lý tưởng R2 R nút chuyển tiếp tốt nhất BD D 2.2.1 Các nghiên cứu liên quan RB và gây nhiễu bằng năng SR 2.2.2 Mô hình hệ thống đề xuất B R lượng thu thập. BE RM S SE E Hệ thống mạng gồm một nút nguồn và một nút đích, có sự hiện diện của  R E một nút nghe lén. Trên kênh chính, các nút chuyển tiếp sử dụng kỹ thuật J SR J chuyển tiếp RF. RJ Nút gây nhiễu Hình 2.4: Hệ thống truyền hM,1 hM,K S R1 D thông đa chặng. 3.2 Bảo mật trong mạng vô tuyến hợp tác kết hợp kỹ thuật hE,1 hE,2 hE,K thu thập năng lượng Kênh dữ liệu 3.2.1 Các nghiên cứu liên quan E Kênh nghe lén 3.2.2 Mô hình hệ thống đề xuất Mô hình gồm một nút nguồn, một nút đích và các nút chuyển tiếp và có 2.2.3 Phân tích hiệu năng hệ thống sự hiện diện của một nút nghe lén (Hình 3.7). Dung lượng bảo mật toàn trình được tính bởi: Dung lượng bảo mật toàn chặng được biểu diễn theo biểu thức: Sec CPP = min C1Sec , C2Sec + , (3.50) CSec = mink=0,1,...,K−1 Ck . (2.33) 14 7
Xác suất dừng bảo mật toàn trình của hệ thống được biểu diễn như sau: 100 Hình 3.2: Xác suất dừng K−1 Y bảo mật biểu diễn theo giá SOP = 1 − 1 − SOPk . (2.37) trị P/N0 khi M = 3, α = k=0 10-1 0.5. Xác suất dung lượng bảo mật khác không C Sec > 0 của hệ thống: 1 (λM,k + λE,k ) Pr (Ck > 0) =1 − 1 + exp − 10-2 κ κ ∞ # X (−1)k λM,k + λE,k k λM,k × . (2.40) k! κ −k − 1 10-3 0 5 10 15 20 25 k=0 P/N 0 [dB] 2.2.4 Mô phỏng và đánh giá kết quả Hình 2.5: Xác suất dừng 0.7 K=2) bảo mật biểu diễn theo giá 0.6 K=4) trị P/N0 khi κ = 0.01, Hình 3.3: Xác suất dừng 0.5 100 Cth = 1, K = 2 và K = 4. bảo mật biểu diễn theo giá 0.4 trị M khi P/N0 = 10[dB], 0.3 α = 0.5 và Cth = 1. 0.2 10-1 0.1 0 0 5 10 15 20 P/N 0 [dB] 10-2 Kết quả ở Hình 2.8, cho thấytồn tại một giá trị P/N0 để cho xác suất 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 M dừng bảo mật của hệ thống là tốt nhất. Ta cũng nhận thấy sự tương quan giữa công suất phát và số chặng chuyển tiếp. Hình 2.12 cho thấy khi K tăng trong khi κ ở một giá trị cho phép thì hiệu năng bảo mật của hệ thống tăng, tuy nhiên khi κ tăng quá ngưỡng cho phép thì hiệu năng bảo mật của hệ thống giảm rất nhanh. 2.3 Kết luận chương Hình 3.4 cho thấy xác suất dừng bảo mật của kịch bản gây nhiễu và Trong Chương 2, luận án đã khảo sát hiệu năng bảo mật của mạng vô chuyển tiếp có lựa chọn thấp hơn so với kịch bản gây nhiễu và chuyển tiếp tuyến nhận thức chuyển tiếp đa chặng sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển ngẫu nhiên. 8 13
3.1.3.3 So sánh với phương pháp gây nhiễu và chuyển tiếp ngẫu Hình 2.6: Xác suất dừng 1 nhiên 0.9 bảo mật biểu diễn theo giá 0.8 Biểu thức tường minh xác suất dừng bảo mật toàn chặng của hệ thống. trị κ khi Cth = 1 và thay 0.7 θ−1 0.6 đổi K. e2e SOP =1 − exp − (3.40) K=3 α 0.5 0.4 K=5 × {1 − λSRc ω0 exp ((λSRc θ + λSE ) ω0 ) E1 ((λSRc θ + λSE ) ω0 )}] 0.3 K=7 θ−1 0.2 × exp −λRc D α 0.1 0 × {1 − λRc D ω4 exp ((λRc D θ + λRc E ) ω4 ) E1 ((λRc D θ + λRc E ) ω4 )}]} 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 κ Xác suất dung lượng bảo mật khác không được tính bởi công thức: tiếp ở từng chặng. Các kết quả tính toán được kiểm chứng bằng những mô PrNZe2e = Pr CSec e2e >0 phỏng máy tính. Các kết quả đã thể hiện rằng số nút tại mỗi cụm ảnh hưởng 1 > 0 C2 > 0 , = Pr CSec Sec (3.41) đáng kể lên hiệu năng bảo mật của hệ thống. Các kết quả được công bố trong công trình số 06 và 07. 1 >0 Pr CSec (3.42) = 1 − λSRc ω0 exp ((λSRc + λSE ) ω0 ) E1 ((λSRc + λSE ) ω0 ) , 2 >0 Pr CSec (3.43) = 1 − λRc D ω4 exp ((λRc D + λRc E ) ω4 ) E1 ((λRc D + λRc E ) ω4 ) . Như vậy, thay thế (3.42) và (3.43) vào (3.41), ta có được biểu thức xác suất dung lượng bảo mật khác không của hệ thống. 3.1.4 Mô phỏng và đánh giá kết quả Kết quả ở Hình 3.2 cho ta thấy xác suất dừng bảo mật của kịch bản chuyển tiếp và gây nhiễu có lựa chọn tốt hơn so với kịch bản chuyển tiếp và gây nhiễu ngẫu nhiên. Hình 3.3 biểu diễn kết quả mô phỏng xác suất dừng bảo mật của hai kịch bản. Quá trình mô phỏng cho ta kết luận rằng phương pháp chuyển tiếp và gây nhiễu có lựa chọn có xác suất dừng bảo mật khi số lượng nút chuyển tiếp tăng. 12 9
Dung lượng bảo mật của pha thứ hai được biểu diễn như biểu thức sau: 2 2 − CE2 . CSec = max 0, CD (3.12) Chương 3 3.1.3 Phân tích hiệu năng hệ thống PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA HỆ 3.1.3.1 Xác suất dừng bảo mật THỐNG VÔ TUYẾN TRUYỀN THÔNG HỢP Dung lượng bảo mật toàn hệ thống: e2e 1 2 TÁC CSec = min CSec , CSec . (3.26) Từ (3.26), xác suất dừng bảo mật của toàn hệ thống được tính bởi: 3.1 Gây nhiễu và chuyển tiếp có lựa chọn trong mạng truyền SOPe2e = 1 − 1 − SOP1 1 − SOP2 . (3.27) thông hợp tác hai chặng 3.1.3.2 Xác suất dung lượng bảo mật khác không 3.1.1 Các nghiên cứu liên quan Theo mô hình bài toán, PrNZe2e được biểu diễn như sau: 3.1.2 Mô hình hệ thống đề xuất PrNZe2e = Pr CSec e2e >0 1 2 = Pr CSec > 0 Pr CSec >0 . (3.28) Hình 3.1: Mô hình hệ Xác suất dung lượng bảo mật khác không của pha thứ nhất: R1 R1 R2 R2 thống. M 1 X m+1 M R D Pr CSec > 0 = (−1) (3.30) S  SR Rc D S Rc c D m c R E c m=1  SE RJ RJ R E 1 R E 2 J × [1 − λSRc ωm exp ((λSRc + λSE ) ωm ) E1 ((λSRc + λSE ) ωm )] . J RM RM E E Pha thứ nhất Pha thứ hai Xác suất dung lượng bảo mật khác không của pha thứ hai: Kênh dữ liệu −1 −1 M M u+1 M − 1 m+1 M − 1 Kênh gây nhiễu X X 2 Kênh nghe lén Pr CSec > 0 = (−1) (−1) u m u=1 m=1 × [1 − uλRc D ϕm exp λRJ2 E + λRc D u ϕm Mô hình gồm có một nút nguồn và một nút đích. Việc truyền thông giữa hai nút phụ thuộc vào sự giúp đỡ của M nút chuyển tiếp. Có sự hiện diện × E1 λRJ2 E + λRc D u ϕm của một nút nghe lén cố gắng thu thập thông tin. × [1 − uλRc D ϕm exp λRJ2 E + λRc D u ϕm Dung lượng bảo mật của pha đầu tiên được biểu diễn như biểu thức sau: × E1 λRJ2 E + λRc D u ϕm . (3.32) Thay thế (3.30) và (3.32) vào (3.28), ta được biểu thức xác suất dung lượng 1 1 − CE1 . CSec = max 0, CD (3.7) bảo mật khác không của hệ thống. 10 11