Đang tải... (xem toàn văn)
Với sự phát triển của công nghệ hiện đại, lĩnh vực truyền thông vô tuyến đang được mở rộng, ngày càng cho thấy những hiệu quả và ưu điểm mà nó mang lại. Tuy nhiên với tính chất mở của kênh truyền, hệ thống vô tuyến dễ gặp phải nhiều vấn đề về bảo mật thông tin, đặc biệt là nghe trộm. Các phương pháp bảo mật hiện nay với việc chú trọng vào sự phức tạp của kỹ thuật như mật mã, mã hóa… vẫn đang cho thấy hiệu quả trong việc đảm bảo an toàn thông tin. Tuy nhiên về lâu về dài, với sự bùng nổ và phát triển nhanh chóng của khoa học máy tính, cần có những phương pháp bảo mật tốt hơn. Với yêu cầu đặt ra đó, một hướng đi mới được đưa vào nghiên cứu gọi là bảo mật thông tin lớp vật lý, với ý tưởng cơ bản là tận dụng chính các đặc tính sẵn có của kênh truyền để tăng cường bảo mật thông tin mà không cần sử dụng thêm tài nguyên vô tuyến nào. Hiện tại có nhiều hướng nghiên cứu về bảo mật lớp vật lý như: bảo mật nút chuyển tiếp vật lý, bảo mật kết hợp kỹ thuật phân tập… đã cho thấy những kết quả khả quan và đáng hứa hẹn. Từ đó em chọn đề tài nghiên cứu cho đồ án tốt nghiệp là: ‘‘Nâng cao hiệu năng bảo mật lớp vật lý bằng kỹ thuật phân tập’’. Đồ án này gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về bảo mật thông tin Trình bày tổng quan về bảo mật thông tin nói chung và bảo mật thông tin lớp vật lý nói riêng. Chương 2: Các kỹ thuật phân tập trong thông tin vô tuyến Trình bày về các kỹ thuật phân tập trong thông tin vô tuyến nói chung và kỹ thuật phân tập thu nói riêng. Đi vào phân tích các tham số của các loại phân tập thu (MRC, SC) như tỷ số tín hiệu trên nhiễu, hàm mật độ xác suất và hàm phân bố xác suất. Tạo tiền đề để đánh giá các thông số hiệu năng bảo mật ở chương sau. Chương 3: Kỹ thuật kết hợp phân tập nâng cao hiệu năng bảo mật lớp vật lý Chương này đi sâu vào phân tích và tính toán các tiêu chí để đánh giá hiệu năng bảo mật. Kết hợp kỹ thuật phân tập ở đầu thu hợp pháp để nâng cao hiệu năng bảo mật của hệ thống. Chương 4: Mô phỏng các thông số đánh giá hiệu năng bảo mật của hệ thống Mô phỏng và đánh giá các thông số hiệu năng bảo mật của hệ thống kết hợp kỹ thuật phân tập ở đầu thu. So sánh hiệu năng bảo mật của hệ thống dùng kỹ thuật phân tập SC và MRC. Với việc mô phỏng mô hình sử dụng kỹ thuật kết hợp phân tập tại đầu thu bằng phần mềm Matlab, đồ án đã chứng minh rằng hiệu năng bảo mật của kênh truyền được nâng cao hơn so với mô hình không có phân tập.
LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án cơng trình có từ trước Nếu vi phạm em xin chịu hình thức kỷ luật Khoa Sinh viên thực đồ án Bùi Tá Thạch Trang MỤC LỤC MỤC LỤC Trang DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT MRC Maximal Ratio Combining SC Selection Combining EGC Equal Gain Combining CDF Cumulative Distribution Function PDF Probability Density Function SNR Signal-to-Noise Ratio OP Outage Probability Pr Probability Trang DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Kiến trúc phân lớp giao thức truyền thơng Hình 1.2: Mơ hình nghe trộm mạng vơ tuyến Hình 2.1: SISO - Single Input Single Output Hình 2.2: SIMO - Single Input Multiple Output Hình 2.3: MISO - Multiple Input Single Output Hình 2.4: MIMO - Multiple Input Multiple Output Hình 2.5: Mơ hình phân tập khơng gian thu Hình 2.6: Kết hợp tuyến tính Hình 2.7: Phân tập thu SC Hình 2.8 Phân tập MRC Hình 2.9: Phân tập thu EGC Hình 3.1: Mơ hình hệ thống Hình 3.2: Xác suất bảo mật khác khơng vẽ theo chiều tăng Hình 3.3: Xác xuất dừng bảo mật vẽ theo chiều tăng γM γM , R= 0.1 Hình 3.4 Mơ hình hệ thống Hình 3.5: Xác suất bảo mật khác khơng SC vẽ theo chiều tăng Hình 3.6: Xác suất dừng bảo mật SC vẽ theo chiều tăng γM γE , γM =5dB, R=0.1 Hình 3.7: Xác suất bảo mật khác khơng MRC vẽ theo chiều tăng Hình 3.8: Xác suất dừng bảo mật MRC vẽ theo chiều tăng γM γE , γM =5dB, R=0.1 Hình 4.1: Mơ hình hệ thống Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán xác suất bảo mật khác khơng SC, MRC Hình 4.3: Lưu đồ thuật tốn xác suất dừng bảo mật SC, MRC Trang DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 4.4: Xác suất bảo mật khác khơng MRC vẽ theo chiều tăng Hình 4.5: Xác suất dừng bảo mật MRC vẽ theo chiều tăng γM γE , Hình 4.6: Xác suất bảo mật khác khơng SC vẽ theo chiều tăng Hình 4.7: Xác suất dừng bảo mật SC vẽ theo chiều tăng γM γE , γM =5dB, R=0.1 γM =5dB, R=0.1 Hình 4.8: So sánh xác suất bảo mật khác khơng vẽ theo chiều tăng Hình 4.9: So sánh xác suất dừng bảo mật vẽ theo chiều tăng γM γM Trang DANH SÁCH HÌNH VẼ Trang LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển công nghệ đại, lĩnh vực truyền thông vô tuyến mở rộng, ngày cho thấy hiệu ưu điểm mà mang lại Tuy nhiên với tính chất mở kênh truyền, hệ thống vô tuyến dễ gặp phải nhiều vấn đề bảo mật thông tin, đặc biệt nghe trộm Các phương pháp bảo mật với việc trọng vào phức tạp kỹ thuật mật mã, mã hóa… cho thấy hiệu việc đảm bảo an tồn thơng tin Tuy nhiên lâu dài, với bùng nổ phát triển nhanh chóng khoa học máy tính, cần có phương pháp bảo mật tốt Với yêu cầu đặt đó, hướng đưa vào nghiên cứu gọi bảo mật thông tin lớp vật lý, với ý tưởng tận dụng đặc tính sẵn có kênh truyền để tăng cường bảo mật thông tin mà không cần sử dụng thêm tài ngun vơ tuyến Hiện có nhiều hướng nghiên cứu bảo mật lớp vật lý như: bảo mật nút chuyển tiếp vật lý, bảo mật kết hợp kỹ thuật phân tập… cho thấy kết khả quan đáng hứa hẹn Từ em chọn đề tài nghiên cứu cho đồ án tốt nghiệp là: ‘‘Nâng cao hiệu bảo mật lớp vật lý kỹ thuật phân tập’’ Đồ án gồm chương: - Chương 1: Tổng quan bảo mật thơng tin Trình bày tổng quan bảo mật thơng tin nói chung bảo mật thơng tin lớp vật lý nói riêng - Chương 2: Các kỹ thuật phân tập thông tin vơ tuyến Trình bày kỹ thuật phân tập thơng tin vơ tuyến nói chung kỹ thuật phân tập thu nói riêng Đi vào phân tích tham số loại phân tập thu (MRC, SC) tỷ số tín hiệu nhiễu, hàm mật độ xác suất hàm phân bố xác suất Tạo tiền đề để đánh giá thông số hiệu bảo mật chương sau - Chương 3: Kỹ thuật kết hợp phân tập nâng cao hiệu bảo mật lớp vật lý Chương sâu vào phân tích tính tốn tiêu chí để đánh giá hiệu bảo mật Kết hợp kỹ thuật phân tập đầu thu hợp pháp để nâng cao hiệu bảo mật hệ thống Trang LỜI MỞ ĐẦU - Chương 4: Mô thông số đánh giá hiệu bảo mật hệ thống Mô đánh giá thông số hiệu bảo mật hệ thống kết hợp kỹ thuật phân tập đầu thu So sánh hiệu bảo mật hệ thống dùng kỹ thuật phân tập SC MRC Với việc mô mơ hình sử dụng kỹ thuật kết hợp phân tập đầu thu phần mềm Matlab, đồ án chứng minh hiệu bảo mật kênh truyền nâng cao so với mơ hình khơng có phân tập Vì thời gian kiến thức hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót đồ án, em mong nhận đóng góp thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BẢO MẬT THÔNG TIN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BẢO MẬT THÔNG TIN 1.1 Giới thiệu chương Trong chương trình bày tổng quan bảo mật thơng tin nói chung bảo mật thơng tin lớp vật lý nói riêng 1.2 Tổng quan Hiện nay, nhu cầu sử dụng truyền tải thông tin phát triển mạnh mẽ, truyền thông tin qua hệ thống vô tuyến áp dụng cách rộng rãi đa dạng Do đó, vấn đề bảo mật nhà nghiên cứu quan tâm hàng đầu tâm điểm nghiên cứu nhà khoa học toàn giới nói chung nước nói riêng 1.2.1 Tổng quan bảo mật thông tin Thông tin truyền đa dạng như: văn thư, truyền miệng, thư điện tử… Một thông tin gọi bảo mật phải dựa vào giá trị thực nó, có nghĩa thông tin truyền sử dụng thơng tin khơng cịn giá trị nữa, cho dù sau có lấy cắp thơng tin xem “thông tin bảo mật” Trong hệ thống truyền thông vô tuyến, người sử dụng đặt yêu cầu cao cho thơng tin Do tính chất mở thông tin vô tuyến, nhà nghiên cứu đưa nhiều phương pháp để bảo mật chúng mã hóa, tường lửa, bảo mật lớp vật lý… Bảo mật thông tin lớp vật lý nhà nghiên cứu quan tâm hứa hẹn mở phương pháp cho tương lai hệ thống thông tin vô tuyến 1.2.2 Các vấn đề bảo mật hệ thống thông tin vô tuyến Hiện nay, nhu cầu bảo mật thông tin người sử dụng yêu cầu ngày cao nên việc bảo mật thông tin truyền thông vô tuyến không dây nhà nghiên cứu quốc tế nước quan tâm Do tính chất kênh thơng tin quảng bá vơ tuyến, khó để ngăn chặn người nghe trộm cản phá thông tin liên lạc hệ thống vô tuyến không dây Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BẢO MẬT THÔNG TIN Cùng với vấn đề thường gặp bảo mật, hệ thống vô tuyến phải đối mặt với vấn đề chất mở đem lại Thứ nhất, kênh vô tuyến dễ bị gây nhiễu Một người công dễ dàng gây nhiễu cho kênh truyền thơng vô tuyến dẫn đến người dùng hợp pháp truy cập vào mạng Loại công khó ngăn chặn nhắm tới phá vỡ lưu lượng thông tin ăn cắp thông tin Thứ hai, người cơng truy xuất tài nguyên mạng vượt qua hạ tầng bảo mật mạng ví dụ tường lửa Cuối cùng, đặc tính mở kênh truyền vơ tuyến, người nghe trộm dễ dàng thu tín hiệu mà không cần đến thiết bị phức tạp đắt tiền Về ngun lý người dùng hợp pháp mạng người nghe trộm Giải pháp cho vấn đề đưa dựa tiếp cận dạng lớp Về mặt lịch sử cách tiếp cận sử dụng nhằm mục đích đơn giản thiết kế giao thức truyền thông, nhiên lại quan tâm bảo mật Hình 1.1 mô tả lớp khác giao thức vơ tuyến đặc trưng mục đích lớp Ví dụ mã hóa kênh thực lớp vật lí để đảm bảo tất lớp hoạt động trạng thái khơng lỗi Trang 10