Luận án Nghiên cứu bảo mật lớp vật lý cho hệ thống Massive MIMO với kênh pha đinh Rice

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU BẢO MẬT LỚP VẬT LÝ CHO HỆ THỐNG MASSIVE MIMO VỚI KÊNH PHA ĐINH RICE

Ngành:

Kỹ thuật Viễn thông

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu về bảo mật lớp vật lý cho hệ thống Massive MIMO với kênh pha-đinh Rice, một kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến quan trọng cho mạng 5G, 6G. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ sự bùng nổ của các thiết bị di động cùng với yêu cầu về băng thông đường truyền ngày càng cao. Các công nghệ hiện tại không thể đáp ứng được nhu cầu kết nối lớn và đa dạng, dẫn đến sự phát triển của mạng thông tin di động thế hệ thứ 5, 6 và những thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, mạng thông tin di động luôn phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật do đặc điểm của kênh truyền vật lý, như pha-đinh đa đường, suy hao và nhiễu, có thể dẫn đến việc các thiết bị bất hợp pháp trích xuất thông tin, gây suy giảm hiệu năng hoặc gián đoạn hoạt động truyền tin. Kỹ thuật Massive MIMO, sử dụng rất nhiều ăng-ten tại trạm gốc, là một trong các ứng cử viên quan trọng để tăng tốc độ dữ liệu.

Mục đích chính của luận án là đưa ra các kết quả mới về các biện pháp bảo mật lớp vật lý của mạng Massive MIMO và cách phát hiện nhiễu hoa tiêu, tính xác suất phát hiện thiết bị không cấp phép cho các bài toán về bảo mật lớp vật lý đối với các thiết bị nghe lén thụ động và tấn công chủ động. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các bài toán bảo mật tại lớp vật lý, nghe lén thụ động và tấn công chủ động trong hệ thống Massive MIMO, đặc biệt là nghiên cứu ảnh hưởng đến dung lượng bảo mật khi có thiết bị nghe lén thụ động trong điều kiện pha đinh Rice. Luận án cũng phát triển phương pháp phát hiện nhiễu hoa tiêu, xây dựng thuật toán phát hiện, tính xác suất phát hiện đúng và xác suất báo động giả khi có thiết bị chủ động tấn công.

Các đóng góp chính của luận án bao gồm: trình bày kiến thức chung về bảo mật lớp vật lý và các giải pháp an toàn thông tin; thiết lập biểu thức giải tích đánh giá dung lượng bảo mật của hệ thống Massive MIMO kênh pha-đinh Rice; đề xuất một số giải pháp phát hiện nhiễu hoa tiêu gây ra bởi thiết bị bất hợp pháp; và đề xuất các phương pháp nâng cao xác suất phát hiện, giảm thiểu báo động giả dựa trên phân tập thời gian. Các hướng phát triển tiếp theo được đề xuất bao gồm nghiên cứu ảnh hưởng của một hoặc nhiều bộ thiết bị gây nhiễu, tương quan không gian trong các kịch bản khác nhau của hệ thống Massive MIMO.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
  • 1. Hoàn cảnh nghiên cứu
  • 2. Mục đích nghiên cứu
  • 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
    • 3.1. Đối tượng nghiên cứu.
    • 3.2. Phạm vi nghiên cứu.
  • 4. Đóng góp của luận án
  • 5. Bố cục luận án
• Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BẢO MẬT LỚP VẬT LÝ VÀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG MASSIVE MIMO
  • 1.1 Bảo mật lớp vật lý trong mạng thông tin di động
  • 1.2 Kênh nghe lén Gauss
  • 1.3 Tham số đánh giá dung bảo mật của hệ thống thông tin di động
  • 1.4 Hệ thống Massive MIMO
    • 1.4.1 Lợi ích của hệ thống Massive MIMO
    • 1.4.2 Thách thức của hệ thống Massive MIMO
    • 1.4.3 Hệ thống Massive MIMO với số ăng-ten vô cùng lớn
  • 1.5 Bảo mật lớp vật lý trong hệ thống Massive MIMO
    • 1.5.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Massive MIMO
  • 1.5.2 Các phương pháp tấn công trong hệ thống Massive MIMO
  • 1.6 Kết luận
• Chương 2: DUNG LƯỢNG BẢO MẬT CỦA HỆ THỐNG KHI CÓ THIẾT BỊ NGHE LÉN THỤ ĐỘNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG MASSIVE MIMO TRONG ĐIỀU KIỆN KÊNH PHA ĐINH RICE
  • 2.1 Những thách thức của nghe lén thụ động trong mạng Massive MIMO
  • 2.2 Mô hình hệ thống
  • 2.3 Phân tích dung lượng bảo mật
    • 2.3.1 Định nghĩa và cách tiếp cận
    • 2.3.2 Tốc độ dữ liệu hợp lệ
    • 2.3.3 Tốc độ dữ liệu nghe lén đạt được
  • 2.4 Kết quả mô phỏng và tính toán số
  • 2.5 Kết luận chương
• Chương 3: PHÁT HIỆU NHIỄU HOA TIÊU TRONG HỆ THỐNG MASSIVE MIMO TRONG ĐIỀU KIỆN KÊNH PHA-ĐINH RICE
  • 3.1 Giới thiệu chung
  • 3.2 Mô hình hệ thống
  • 3.3 Tấn công sử dụng nhiễu hoa tiêu ở kênh đường lên
    • 3.3.1 Sơ đồ phát hiện hoa tiêu ngẫu nhiên khi không bị can nhiễu
    • 3.3.2 Sơ đồ phát hiện nhiễu hoa tiêu ngẫu nhiên dưới sự ảnh hưởng của nhiễu
    • 3.3.3 Xây dựng phạm vi phát hiên thiết bị bất hợp pháp
  • 3.4 Kết quả mô phỏng
    • 3.4.1 Sử dụng căp ngẫu nhiên hoa tiêu thử nghiệm trong một tập hoa tiêu thử nghiệm
  • 3.5 Kết luận chương
• Chương 4: CẢI THIỆN XÁC SUẤT PHÁT HIỆN VÀ XÁC SUẤT BÁO ĐỘNG GIẢ TRONG HỆ THỐNG MASSIVE MIMO
  • 4.1 Mô hình hệ thống
  • 4.2 Phương pháp phát hiện nhiễu hoa tiêu
    • 4.2.1 Phương pháp phát hiện
    • 4.2.2 Khi có tín hiệu gây nhiễu chủ động
    • 4.2.3 Không có tín hiệu gây nhiễu chủ động
    • 4.2.4 Thuật toán phát hiện
    • 4.2.5 Phân tích xác suất phát hiện
  • 4.3 Kết quả mô phỏng
  • 4.4 Kết luận chương
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN
  • A. Một số kết quả đạt được của luận án
  • B. Hướng phát triển tiếp theo