طراحی یک مکانیسم تدافعی برای بهبود امنیت در لایه فیزیکی با رویکرد نظریه بازی‌ها: کاربرد در شبکه‌های اقتضایی خودرویی

نویسندگان

دانشگاه گیلان - دانشکده فنی و مهندسی

چکیده

در سال‌های اخیر رشد روزافزون تکنولوژی ارتباطات بی‌سیم و کاربرد آن در توسعه سرویس‌های داده جدید، چالش‌های جدیدی را در حوزه ارتباطات و شبکه‌های داده پیش روی محققان قرار داده است. به‌عنوان‌مثال در حوزه سیستم‌های حمل‌ونقل هوشمند ایده به‌کارگیری شبکه‌های اقتضایی خودرویی ارائه شده است. در این شبکه‌ها به‌جهت ماهیت پخش رادیویی، همیشه برای مهاجمان شبکه فرصت تأثیرگذاری روی سیستم ارتباطی وجود دارد. بنابراین مسئله امنیت برای ارسال اطلاعات حساس، بسیار مهم خواهد بود. در لایه فیزیکی شبکه، حمله‌های مهاجمان می‌تواند به یکی از دو شیوه ایجاد تداخل (پخش پارازیت) و شنود کردن صورت پذیرد. در این مقاله، یک مکانیسم تدافعی بر اساس کنترل توان فرستنده جهت مقابله با اثرهای تخریبی حمله‌های لایه فیزیکی (کنترل عملکرد مهاجم) طراحی شده است. در این مکانیسم با استفاده از روش نظریه بازی‌ها توان به‌کارگیری‌شده جهت انتقال اطلاعات توسط فرستنده و مهاجم روی زیرکانال‌های تقسیم فرکانسی متعامد یک کانال پهن باند به‌نحوی بهینه‌سازی شده است که به بهبود امنیت کانال (ظرفیت ایمن) منجر شود. شبیه‌سازی عملکرد الگوریتم ارائه‌شده در بستر یک شبکه اقتضایی خودرویی بر اساس استاندارد IEEE 802.11p انجام شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Game-theoretic Approach to Defensive Mechanism Design for Physical Layer Security: Application to Vehicular Ad-Hoc Networks

نویسندگان [English]

  • M. Kakavand Mirzaeei
  • J. Seifali Harsini
Department of Electrical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

In the recent years the growth of wireless communications technology and its application in the development of new data services creates new challenges in the research field of data communications and networking. For example, in the field of intelligent transport systems, the concept of vehicular ad-hoc networking is presented. Because of the broadcast nature of radio environment, there are always opportunities for the network attackers to affect wireless communications systems. Hence, the issue of security for the transmission of sensitive data is of great importance. In the physical layer of the network, the attack may occur in the form of signal jamming or eavesdropping. In this paper, a defensive mechanism is designed using transmitter power control to reduce the damaging effects of these two physical layer attacks. Using a game-theoretic formulation, the mechanism optimizes OFDM subcarrier powers at both the main data transmitter and the attacker in order to improve the security of the communication channel (secrecy capacity). As an application of the proposed method, simulation results are provided for a vehicular ad-hoc network (VANET) scenario based on the IEEE802.11p standard.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Physical-layer security
  • games theory
  • Power Control
  • vehicular ad-hoc networks (VANETs)