Đánh giá hiệu năng bảo mật của mạng vô tuyến chuyển tiếp đa chặng

Truyền thông chuyển tiếp đã thể hiện được rất nhiều ưu điểm vượt trội trong hệ thống thông tin vô tuyến, đặc biệt là nâng cao khả năng bảo mật của hệ thống. Trong bài báo này, chúng tôi đánh giá hiệu năng bảo mật của mạng vô tuyến nhận thức chuyển tiếp đa chặng sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp tốt nhất tại mỗi chặng.

Chu Tiến Dũng, Võ Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Lương Nhật ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG † Chu Tiến Dũng∗ , Võ Nguyễn Quốc Bảo† Nguyễn Lương Nhật† ∗ Đại Học Thơng Tin Liên Lạc, Khánh Hòa Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ Sở TP Hồ Chí Minh Tóm tắt—Truyền thơng chuyển tiếp thể nhiều ưu điểm vượt trội hệ thống thông tin vô tuyến, đặc biệt nâng cao khả bảo mật hệ thống Trong báo này, đánh giá hiệu bảo mật mạng vô tuyến nhận thức chuyển tiếp đa chặng sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp tốt chặng Cụ thể, đưa biểu thức Xác suất dừng bảo mật - Secure Outage Probability (SOP) Xác suất lượng bảo mật khác không Probability of Non-zero Secrecy Capacity (PrNZ) cho giao thức chuyển tiếp ngẫu nhiên-và-chuyển tiếp - Randomize-and-Forward (RF) sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp tốt chặng Cuối cùng, kết mơ Monte-Carlo trình bày để kiểm chứng phương pháp phân tích biểu thức phân tích đạt Từ khóa—Vơ tuyến nhận thức, Chuyển tiếp có lựa chọn, Dung lượng bảo mật khác khơng, Xác suất dừng bảo mật, Dung lượng bảo mật I GIỚI THIỆU Mạng thông tin vô tuyến trở thành phần thiếu đời sống, đặc biệt lĩnh vực ngân hàng quân đội, ngày phát triển mạnh mẽ Do đặc tính quảng bá kênh truyền vô tuyến, người dùng không hợp pháp dễ dàng thu nhận thơng tin, hay chí cơng sửa đổi thơng tin Vì lý đó, bảo mật thơng tin vơ tuyến đóng vai trò quan trọng Theo quan điểm truyền thống, mật thông tin vô tuyến thực Tác giả liên hệ: Chu Tiến Dũng, email: chutiendung@tcu.edu.vn Đến tòa soạn: , chỉnh sửa: , chấp nhận đăng: 19/12/2017 Một phần kết báo trình bày quốc gia ECIT’2015 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 lớp lớp vật lý, tất giao thức mật mã sử dụng rộng rãi (RSA, AES, ) thiết kế thực với giả thiết lớp vật lý thiết lập cung cấp đường truyền khơng có lỗi [1] Những năm gần đây, nhiều nghiên cứu cho thấy lớp vật lý có khả tăng cường độ bảo mật hệ thống thơng tin vơ tuyến, nhà nghiên cứu tập trung nghiên cứu bảo mật thông tin lớp vật lý Lý thuyết bảo mật thông tin nguyên lý bảo mật lớp vật lý, chủ yếu xây dựng dựa khái niệm bảo mật hoàn hảo Shannon [2] Khái niệm cho thấy khả hệ thống thơng tin vơ tuyến đảm bảo an tồn kẻ nghe trộm có đầy đủ lực để giải mã, phân tích thơng tin truyền từ nguồn đến đích Sau đó, năm 1975, [3], Wyner đưa mơ hình kênh nghe trộm chứng minh hệ thống đạt bảo mật hồn toàn tốc độ truyền nhỏ hiệu dung lượng kênh kênh nghe trộm mà khơng cần phải mật mã cho liệu Sau đó, đến năm 1978, [4] mở rộng mơ hình Wyner cho kênh Gaussian, kết cho thấy độ bảo mật hệ thống đảm bảo tốc độ truyền nhỏ dung lượng bảo mật Trong bảo mật thơng tin lớp vật lý, có ba tham số hiệu quan trọng dùng để đánh giá khả bảo mật hệ thống thơng tin vơ tuyến, là: i) xác suất dừng bảo mật - Secrecy Outage Probability (SOP), ii) xác suất dung lượng bảo mật khác không - Probability of Non-zero Secrecy capacity (PrNZ) iii) dung lượng bảo mật Secrecy Capacity (CS) tham số để [5] Tuy nhiên, khả bảo mật hệ thống vơ tuyến khơng đảm bảo điều kiện vật TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 65 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG lý kênh truyền hợp pháp điều kiện vật lý kênh truyền không hợp pháp Để khắc phục tình trạng này, truyền thơng chuyển tiếp hay truyền thơng hợp tác thường giải pháp tốt mà nút chuyển tiếp hợp tác trợ giúp để cải thiện điều kiện vật lý kênh truyền hợp pháp nhằm nâng cao khả bảo mật hệ thống thơng tin vơ tuyến, ví dụ: [6], [7], [8] Một xu hướng khác gần sử dụng nhiễu nhân tạo nhằm tăng khả bảo mật hệ thống, ví dụ [9], [10], [11], [12], [13] Trong nghiên cứu nói đề cập đến hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp hai chặng báo [14] đánh giá khả bảo mật lớp vật lý mạng thông tin vô tuyến với nhiều chặng chuyển tiếp Các kết phân tích báo ưu điểm vượt trội kỹ thuật chuyển tiếp đa chặng bảo mật thông tin hệ thống Ngày nay, với phát triển nhanh thiết bị di động làm cho nhu cầu sử dụng phổ tần vô tuyến gia tăng nhanh chóng Với sách phân bổ phổ tần nay, dải phổ cấp phép theo nhóm thiết bị có phần gây khó khăn cho việc triển khai công nghệ vô tuyến [15] Trong giải pháp tiềm vơ tuyến nhận thức giải pháp tốt để giải toán hạn chế phổ tần [16], [17] Trong hệ thống vô tuyến nhận thức, người dùng thứ cấp Secondary Users (SUs) sử dụng tạm thời tần số người dùng sơ cấp - Primary Users (PUs) PUs không sử dụng Với chế này, khoảng phổ trắng tận dụng cho SUs dẫn đến hiệu suất sử dụng toàn giải tần cải thiện đáng kể Kết hợp mạng vô tuyến nhận thức với truyền thông chuyển tiếp mang lại nhiều lợi ích mở rộng phạm vi truyền tải thông tin, giảm can nhiễu cho hệ thống khác mà đảm bảo chất lượng truyền tải tin tức từ nguồn đến đích [18], [19], [20] Trong báo này, chúng tơi quan tâm đến mơ hình nghiên cứu tổng quát [14] khảo sát khả bảo mật lớp vật lý sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp tốt chặng Để đánh giá khả bảo mật hệ thống, chúng tơi phân tích đánh giá tham số SOP, PrNZ hệ thống kênh truyền fading Rayleigh Các kết phân tích đánh giá thơng qua mơ Monte-Carlo phần mềm Matlab Phần lại báo tổ chức sau SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 Mục II trình bày mơ hình hệ thống; Mục III trình bày chi tiết phân tích đánh giá hiệu bảo mật hệ thống; Mục IV trình bày kết mơ phần mềm Matlab, cuối Mục V tóm tắt kết luận thơng qua phân tích, đánh giá trình bày II MƠ HÌNH HỆ THỐNG PU-Tx PU-Rx R R S R R R R R R Cụm Cụm D R Cụm K E Hình Mơ hình hệ thống chuyển tiếp đa chặng sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp phần Mơ hình đề xuất xem xét báo hệ thống chuyển tiếp đa chặng mơi trường vơ tuyến nhận thức trình bày Hình Trong đó, hệ thống mạng thứ cấp bao gồm nút nguồn (S) nút đích (D), có tồn nút nghe trộm (E) Giả sử khơng có đường truyền trực tiếp từ nút nguồn đến nút đích, nút nguồn truyền thơng tin đến nút đích thơng qua nhiều cụm (cluster) chuyển tiếp tin cậy Chúng tơi giả sử có K cụm nút nguồn nút đích Mỗi cụm có số nút là: N1 , N2 , , NK Nút chuyển tiếp trung gian tốt lựa chọn cụm giải mã hồn tồn thơng tin bí mật nhận sau mã hóa lại chuyển tiếp đến nút đích qua kênh vơ tuyến fading Giả sử tất nút trang bị antena hoạt động chế độ bán song cơng Trong đó, chặng, nút nghe trộm cố gắng thu, giải mã thông tin qua kênh bất hợp pháp Chúng giả định rằng, nút phát (nút nguồn nút chuyển tiếp) có đầy đủ thông tin trạng thái - Channel Status Information (CSI) hai kênh kênh nghe trộm Trong mơ hình chúng tơi sử dụng phương pháp chuyển tiếp RF để nút nghe trộm không kết hợp liệu chặng TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 66 Chu Tiến Dũng, Võ Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Lương Nhật III ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG Gọi Rbi+1 với i = 0, 1, 2, , K nút chuyển tiếp tốt chọn cụm thứ i + Với hai trường hợp đặc biệt: i = Rb0 nút nguồn S, Rb0 ≡ S i = K Rbi+1 nút đích D, Rbi+1 ≡ D Ta viết Rbi+1 = arg max γRbi ,Rji+1 Trong hệ thống truyền thông đa chặng, chặng yếu định hiệu hệ thống [14] Do đó, ta viết dung lượng bảo mật hệ thống sau: Csec = i=1,2, ,K i Csec  (1) = j=1,2, ,Ni+1 i=1,2, ,K    max 0, log2  Xét chặng thứ i với i = 1, 2, , K , công suất phát nút chọn để chuyển tiếp [21], [22] PRbi−1 = γRbi−1 ,P = log2 1+ (2) , Ith γRbi−1 ,Rbi N0 γRbi−1 ,P 1+Q γRbi−1 ,Rbi (3) γRbi−1 ,P với Q = Ith /N0 N0 phương sai nhiễu cộng Dung lượng chuẩn hóa tức thời kênh nghe trộm CRbi−1 ,E = log2 1+Q b R b i−1 ,P b γRi−1 ,E + Qγ b R    i−1 ,P b (6) A Xác suất dừng bảo mật Ith với Ith mức can nhiễu tối đa cho trước mà máy thu sơ cấp chịu đựng Ta ký hiệu γRbi−1 ,P độ lợi kênh truyền i−1 Rb PU, γRbi−1 ,Rbi độ lợi kênh truyền Rbi−1 Rbi , γRbi−1 ,E độ lợi kênh truyền Rbi E Ở kênh truyền fading Rayleigh, độ lợi kênh truyền γRbi−1 ,P , γRbi−1 ,Rbi γRbi−1 ,E có phân phối mũ với thơng số đặc trưng λi−1,P , λi−1,i λi−1,E Theo [2], dung lượng chuẩn hóa tức thời kênh liệu CRbi−1 ,Rbi = log2 γRi−1 ,Ri 1+Qγ γRbi−1 ,E γRbi−1 ,P Xác suất dừng bảo mật thông số quan trọng để đánh giá chất lượng của hệ thống thứ cấp, SOP cho biết chất lượng hệ thống mà không cần biết hệ thống sử dụng phương pháp điều chế giải điều chế Bởi vì, SOP so sánh dung lượng bảo mật nhỏ giá trị dung lượng bảo mật dương cho trước Cth Viết theo biểu thức tốn học, ta có SOP = Pr (Csec < Cth ) = Pr i=1,2, ,K (7) Giả sử kênh truyền chặng độc lập với nhau, ta viết lại (7) (8) trình bày đầu trang sau Để tìm SOP, ta cần phải tính Ii (8) Đặt ρ = 2Cth , ta viết lại Ii sau [23], [14]   γRi−1 ,Ri + Q γ bi−1 b R ,P  Cth  b Ii = Pr   γRi−1 ,E < + Q γ bi−1 R ∞ = FγRi−1 ,Ri b i Csec < Cth b b ,P ρ−1 x + ρy Q (4) × fγRi−1 ,P (x) fγRi−1 ,E (y) dxdy b (9) b Dung lượng bảo mật chặng thứ i đại lượng lớn không định nghĩa chênh lệch dung lượng chuẩn hóa tức thời kênh liệu kênh nghe trộm, cụ thể [2] Khi sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp phần chặng [24], ta viết i Csec = max 0, CRbi−1 ,Rbi − CRbi−1 ,E   γRi−1 ,Ri  + Q γ bi−1 b R ,P    b = max 0, log2  γRi−1 ,E  (5) b + Q γ i−1 nên hàm phân bố xác suất tích lũy γRbi−1 ,Rbi , R SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 b ,P γRbi ,Rji+1 = FγRi−1 ,Ri b b ρ−1 Q x max γ i i+1 j=1,2, ,i+1 Rb ,Rj (10) + ρy , có dạng (11) trình bày đầu trang sau Thay (11) vào (9) thực tích phân, ta có biểu thức dạng đóng cho Ii (12) Cuối TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 67 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG    SOP = Pr  i=1,2, ,K    max 0, log2  γRi−1 ,Ri 1+Qγ b R b i−1 ,P b γRi−1 ,E + Qγ b R      < Cth  i−1 ,P b       γRi−1 ,Ri   b b   + Q γRi−1 ,P         b  1 − Pr max 0, log2  =1 − γRi−1 ,E  < Cth   b   + Q i=1 γRi−1 ,P   b K (8) Ii +∞ Ii = λi−1,P exp (−λi−1,P x) λi−1,E exp (−λi−1,E y) Ni n (−1)n CN exp −nλi−1,i i × 1+ n=1 Ni n (−1)n CN i =1 + n=1 +∞ λi−1,P exp (−λi−1,P x) λi−1,E × exp (−λi−1,E y) exp −nλi−1,i Ni n (−1)n CN i =1 + n=1 ρ−1 x exp (−nλi−1,i ρy) dxdy Q λi−1,P λi−1,P + ρ−1 x exp (−nλi−1,i ρy) dxdy Q λi−1,E + nλi−1,i ρ (11) λi−1,E nλi−1,i ρ−1 Q +∞ Ii = λi−1,P exp (−λi−1,P x) λi−1,E exp (−λi−1,E y) Ni (−1)n × 1+ n=1 Ni (−1)n =1 + n=1 K Ni ρ−1 x exp (−nλi−1,i ρy) dxdy exp −nλi−1,i Q n λi−1,P λi−1,E Ni ρ−1 n λi−1,P + nλi−1,i Q λi−1,E + nλi−1,i ρ Ni (−1)n+1 SOP = − i=1 n=1 (12) λi−1,P λi−1,E Ni ρ−1 n λi−1,P + nλi−1,i Q λi−1,E + nλi−1,i ρ cùng, kết hợp (12) (8), ta tìm biểu thức dạng đóng SOP công thức (13) Tiếp theo, khảo sát hiệu xác suất dừng bảo mật giá trị Q lớn Thật vậy, Q đủ (13) lớn, ta xấp xỉ (3) (4) sau: CRbi−1 ,Rbi CRbi−1 ,E Q→+∞ ≈ Q→+∞ ≈ log2 Q γRbi−1 ,Rbi log2 Q γRbi−1 ,E , γRbi−1 ,P γRbi−1 ,P (14) Do đó, xác suất dừng bảo mật (9) SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 68 Chu Tiến Dũng, Võ Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Lương Nhật xấp xỉ sau: Ii Q→+∞ ≈ Q→+∞ ≈ Sử dụng phương pháp tương tự cho (7), ta viết lại PrNZ sau QγRbi−1 ,Rbi /γRbi−1 ,P Pr QγRbi−1 ,E /γRbi−1 ,P γRbi−1 ,E (19), sử dụng xác suất điều kiện, ta có [23]: Ni n+1 fγRi−1 ,E (x) − FγRi−1 ,Ri (x) dx (−1)n+1 = b b n=1 Ni n b +∞ λi−1,E × exp (−λi−1,E x) exp (−nλi−1,i x) dx Ni (−1)n+1 = n=1 λi−1,E Ni n λi−1,E + nλi−1,i (20) Thay (20) vào (19), ta công thức dạng tường minh xác suất dung lượng bảo mật khác khơng hệ thống IV KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 1− (−1) i=1 γRbi−1 ,P i=1 × exp(−nλi−1,i ρx)dx ≈ 1+ γRbi−1 ,E +∞ Q→+∞ γRbi−1 ,P >1+Q Pr γRbi−1 ,Rbi > γRbi−1 ,E = n=1 +∞ × = γRbi−1 ,Rbi Pr γRbi−1 ,Rbi > γRbi−1 ,E Ni Q→+∞ Pr + Q λi−1,E Ni n λi−1,E + nλi−1,i ρ (17) Quan sát từ công thức số (17), ta thấy rằng, giá trị Q lớn, xác suất dừng bảo mật hội tụ giá trị không phụ thuộc vào Q Hơn nữa, giá trị phụ thuộc vào tham số đặc trưng kênh liệu (λi−1,i ) kênh nghe (λi−1,E ) mà không phụ thuộc vào tham số kênh mạng thứ cấp mạng sơ cấp (λi−1,P ) B Xác suất dung lượng bảo mật khác không Xác suất dung lượng bảo mật khác không thông số bảo mật hệ thống thể xác suất mà dung lượng Shannon kênh truyền liệu lớn kênh truyền nghe trộm, cụ thể biểu diễn biểu thức (18) SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 Trong phần này, thực mô phần mềm Matlab để kiểm chứng kết phân tích phần Xem xét mơ hình hệ thống không gian hai chiều với nút nguồn đặt vị trí (0, 0), nút đích đặt vị trí (1, 0), nút chuyển tiếp cụm i đặt vị trí (i/K , 0) Nút E đặt vị trí (xE , yE ), nút PU vị trí (xP , yP ) Khoảng cách hai nút Rbi−1 Rbi di−1,i = 1/K , khoảng cách nút Rbi−1 P di−1,P = i−1 K − xP + (yP )2 i−1 di−1,E = + (yE )2 Độ lợi K − xE kênh truyền sử dụng mơ hình suy hao đường truyền đơn giản sau: λi−1,P = (di−1,P )β , λi−1,i = (di−1,i )β λi−1,E = (di−1,E )β với β hệ số suy hao đường truyền cố định Trong Hình 2, chúng tơi khảo sát xác suất dừng bảo mật theo giá trị Q (dB) Trong mô này, số cụm cố định (K =2) số nút cụm (N1 = N2 = 2), vị TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 69 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG    PrNZ = Pr (Csec > 0) = Pr i=1,2, ,K    max0, log2  γRi−1 ,Ri 1+Q γ b R b i−1 ,P b γRi−1 ,E + Qγ b R   (18)    > 0 i−1 ,P b 0.9 th th 0.8 th = 0.1) = 0.5) 0.9 P = y P = -0.2) 0.8 P = y P = -0.5) P = y P = -1) = 1) 0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.4 0.5 0.3 0.4 0.2 0.3 0.1 0.2 -15 -10 -5 10 15 20 -25 -20 -15 -10 Q [dB] -5 10 Q [dB] Hình Xác suất dừng bảo mật biểu diễn theo giá trị Q [dB] xE = 1, yE = 0.25, xP = −0.5, yP = −0.5, Cth = {0.1, 0.5, 1} , K = 2, N1 = 2, N2 = Hình Xác suất dừng bảo mật biểu diễn theo giá trị Q (dB) xE = 0.5, yE = 0.5, Cth = 0.25, K = 4, N1 = 2, N2 = 3, N3 = N4 = 1 0.95 0.9 0.9 0.8 0.85 0.7 0.8 0.6 0.75 0.7 0.5 0.65 0.4 0.6 0.3 0.2 -15 0.55 0.5 -10 -5 10 15 20 Hình Xác suất dừng bảo mật biểu diễn theo giá trị Q [dB] xE = 1, yE = 0.25, xP = −0.5, yP = −0.5, Cth = 0.75, K = 3, N1 = N2 = N3 = N trí nút nghe (1, 0.25), vị trí nút sơ cấp (-0.5, -0.5); giá trị Cth thay đổi từ 0.1 đến Từ hình vẽ, ta thấy xác suất dừng bảo mật SOP giảm theo gia tăng Q Tuy nhiên, Q đủ lớn, SOP hội tụ kết lý thuyết xấp xỉ (LT-XX) Ta thấy rằng, hiệu bảo mật SOP giảm giá trị SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 10 N Q [dB] Hình Xác suất dung lượng bảo mật khác không biểu diễn theo giá trị N xE = 1, yE = 0.25, K = 1, 2, 4, Cth tăng Cuối cùng, Hình cho thấy kết mô (MP) trùng khít với kết phân tích lý thuyết xác (LT-CX), điều minh chứng cho xác phân tích lý thuyết Trong Hình 3, chúng tơi khảo sát ảnh hưởng số lượng nút cụm lên giá trị SOP Cụ thể, chúng tơi cố định giá trị số chặng TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 70 Chu Tiến Dũng, Võ Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Lương Nhật 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 K = 2) 0.4 K = 3) 0.3 K = 5) 0.2 0.1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 yE Hình Xác suất dung lượng bảo mật khác không biểu diễn theo giá trị yE xE = 0.5, N = K = 2, 3, (K =3) giả sử số nút cụm N (N1 = N2 = N3 = N ) Các thơng số lại xác lập sau: xE = 1, yE = 0.25, xP = −0.5, yP = −0.5 Cth = 0.75 Quan sát từ hình vẽ, ta thấy giá trị SOP giảm đáng kể ta tăng số lượng nút cụm Điều giải thích đơn giản số lượng nút tăng đồng nghĩa với việc tăng dung lượng cho kênh liệu Hình Khảo sát ảnh hưởng vị trí nút PU lên hiệu SOP mơ hình khảo sát Trong hình vẽ này, nút PU đặt vị trí (-0.2, -0.2), (-0.5, -0.5) (-1, -1) Các thông số khác liệt kê sau: xE = 0.5, yE = 0.5, Cth = 0.25, K = 4, N1 = 2, N2 = 3, N3 = N4 = Quan sát từ hình vẽ ta thấy rằng, giá trị SOP giảm PU đặt xa mạng thứ cấp (xP yP lớn) Tuy nhiên, giá trị Q đủ lớn, hiệu SOP mô hình khảo sát khơng phụ thuộc vào vị trí nút PU, chứng minh phần Hình vẽ xác suất dung lượng bảo mật khác không theo số lượng nút chuyển tiếp cụm Giả sử cụm có số nút N (Ni = N , ∀i) Trong hình vẽ này, thông số thiết lập sau: xE = 1, yE = 0.25, K = 1, 2, 4, Từ hình vẽ ta thấy rằng, xác suất dung lượng bảo mật khác không tăng ta tăng giá trị N Hơn nữa, giá trị xác suất dung lượng bảo mật khác không tăng số chặng tăng Điều giải thích sau: việc tăng số chặng nâng cao tốc độ SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 kênh liệu tốc độ truyền chặng có khoảng cách nhỏ lớn Trong Hình 6, chúng tơi cố định hồng độ nút E xE = 0.5 biểu diễn xác suất dung lượng bảo mật khác không theo giá trị tung độ yE ( yE thay đổi từ đến 1) Các tham số lại cố định sau: xE = 0.5, N = K = 2, 3, Ta thấy từ Hình giá trị xác suất dung lượng bảo mật khác không tăng E cách xa tuyến từ nguồn đến đích (yE tăng) Một lần nữa, ta thấy giá trị PrNZ tăng với gia tăng số chặng K Trong Hình Hình 6, kết mơ (MP) lý thuyết tính xác xác suất dung lượng bảo mật khác khơng (LT-CX) trùng khít với nhau, điều minh chứng cho xác biểu thức tốn đưa phần V KẾT LUẬN Trong báo này, khảo sát hiệu bảo mật mạng vô tuyến nhận thức chuyển tiếp đa chặng sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp chặng Cụ thể, đưa biểu thức dạng đóng tính xác suất dừng bảo mật xác suất dung lượng bảo mật khác không mơ hình khảo sát kênh truyền Rayleigh fading Các kết tính tốn kiểm chứng mơ máy tính Các kết thể số nút cụm ảnh hưởng đáng kể lên hiệu bảo mật hệ thống LỜI CẢM ƠN Cảm ơn Phòng Thí Nghiệm Thơng Tin Vơ Tuyến (WCOMM) hỗ trợ trình thực báo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M Bloch, J Barros, M Rodrigues, and S McLaughlin, “Wireless information-theoretic security,” Information Theory, IEEE Transactions on, vol 54, no 6, pp 2515– 2534, June 2008 [2] C Shannon, “Communication theory of secrecy systems,” Bell system technical journal, vol 28, no 4, pp 656–715, 1949 [3] A Wyner, “The wire-tap channel,” Bell System Technical Journal, The, vol 54, no 8, pp 1355–1387, Oct 1975 [4] S Leung-Yan-Cheong and M Hellman, “The gaussian wire-tap channel,” Information Theory, IEEE Transactions on, vol 24, no 4, pp 451–456, Jul 1978 TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 71 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG [5] P K Gopala, L Lifeng, and H El Gamal, “On the secrecy capacity of fading channels,” IEEE Transactions on Information Theory, vol 54, no 10, pp 4687–4698, 2008 [6] I Krikidis, “Opportunistic relay selection for cooperative networks with secrecy constraints,” IET Communications, vol 4, no 15, pp 1787–1791, 2010 [7] E Ekrem and S Ulukus, “Secrecy in cooperative relay broadcast channels,” IEEE Transactions on Information Theory, vol 57, no 1, pp 137–155, 2011 [8] V N Q Bao, N Linh-Trung, and M Debbah, “Relay selection schemes for dual-hop networks under security constraints with multiple eavesdroppers,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 12, no 12, pp 6076–6085, 2013 [9] I Krikidis, J S Thompson, P M Grant, and S McLaughlin, “Power allocation for cooperativebased jamming in wireless networks with secrecy constraints,” in Proc of 2010 IEEE GLOBECOM Workshops (GC Wkshps), 2010, pp 1177–1181 [10] Z Ding, K Leung, D Goeckel, and D Towsley, “Opportunistic relaying for secrecy communications: Cooperative jamming vs relay chatting,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 10, no 6, pp 1725 – 1729, 2011 [11] T Koike-Akino and D Chunjie, “Secrecy rate analysis of jamming superposition in presence of many eavesdropping users,” in Proc of 2011 IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2011), 2011, pp 1–6 [12] Y Liu, J Li, and A Petropulu, “Destination assisted cooperative jamming for wireless physical layer security,” IEEE Transactions on Information Forensics and Security, vol 8, no 4, pp 682 – 694, 2013 [13] T Tran and H Kong, “CSI-secured orthogonal jamming method for wireless physical layer security,” IEEE Communications Letters, vol 18, no 5, pp 841 – 844, 2014 [14] V N Q Bao and N L Trung, “Multihop decodeand-forward relay networks: Secrecy analysis and relay position optimization,” REV Journal on Electronics and Communication, vol 2, no 1-2, 2012 [15] I F Akyildiz, L Won-Yeol, M C Vuran, and S Mohanty, “A survey on spectrum management in cognitive radio networks [cognitive radio communications and networks],” IEEE Transactions on Communications, vol 46, no 4, pp 40–48, 2008, 0163-6804 [16] R Berry, M L Honig, and R Vohra, “Spectrum markets: motivation, challenges, and implications,” IEEE Communications Magazine, vol 48, no 11, pp 146– 155, 2010 [17] W Webb, “On using white space spectrum,” IEEE Communications Magazine, vol 50, no 8, pp 145– 151, 2012 SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 [18] V N Q Bao and T Q Duong, “Outage analysis of cognitive multihop networks under interference constraints,” IEICE Trans Commun, vol E95-B, no 03, pp 1019–1022, 2012 [19] V N Q Bao, T Q Duong, and C Tellambura, “On the performance of cognitive underlay multihop networks with imperfect channel state information,” IEEE Transactions on Communications, vol 61, no 12, pp 4864–4873, 2013 [20] T.-T Tran, V N Q Bao, V Dinh Thanh, and T Q Duong, “Performance analysis and optimal relay position of cognitive spectrum-sharing dual-hop decodeand-forward networks,” in Proc of the 2013 International Conference on Computing, Management and Telecommunications (ComManTel), 2013, pp 269–273 [21] V N Q Bao and B Dang Hoai, “A unified framework for performance analysis of DF cognitive relay networks under interference constraints,” in Proc 2011 International Conference on ICT Convergence (ICTC), 2011, pp 537–542 [22] T Q Duong, D Benevides da Costa, M Elkashlan, and V N Q Bao, “Cognitive amplify-and-forward relay networks over Nakagami-m fading,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 61, no 5, pp 2368–2374, 2012 [23] A Papoulis and S U Pillai, Probability, random variables, and stochastic processes, 4th ed Boston: McGraw-Hill, 2002 [24] V N Q Bao and H Y Kong, “Diversity order analysis of dual-hop relaying with partial relay selection,” IEICE Trans Commun, vol E92-B, no 12, pp 3942–3946, 2009 CHU TIẾN DŨNG Sinh ngày 18 tháng 11 năm 1976 Nhận kỹ sư ngành Vô tuyến điện Thông tin Liên lạc Trường Sĩ Quan Thông Tin, Binh Chủng Thông Tin Liên Lạc thạc sĩ ngành Điện Điện tử Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng năm 1999 2011 Hiện tại, giảng dạy Khoa Kỹ Thuật Viễn Thông, Trường Sĩ Quan Thông Tin làm nghiên cứu sinh Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Hướng nghiên cứu là: bảo mật thông tin lớp vật lý Điện thoại: 0905121260 E-mail: chutiendung@tcu.edu.vn TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 72 Chu Tiến Dũng, Võ Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Lương Nhật PGS TS VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO Sinh ngày 03 tháng năm 1979 Nhận Tiến sỹ chuyên ngành Thông Tin Vô Tuyến Đại Học Ulsan Hàn Quốc vào năm 2010 PGS TS Bảo thành viên Ban Biên Tập nhiều tạp chí khoa học chun ngành bao gồm: Hiện cơng tác Khoa Kỹ Thuật Viễn Thông, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, Cơ Sở Thành Phố Hồ Chí Minh Lĩnh vực nghiên cứu: Thông tin vô tuyến thông tin số, tập trung vào truyền thông hợp tác, hệ thống MIMO, lượng xanh, vô tuyến nhận thức bảo mật lớp vật lý Điện thoại: 0913454446 E-mail: baovnq@ptithcm.edu.vn SỐ 01 & 02 (CS.01) 2018 TS NGUYỄN LƯƠNG NHẬT Sinh ngày 20 tháng 01 năm 1969 Nhận Tiến sỹ chuyên ngành Viễn Thông Đại Học Thông Tin Liên Lạc Matxcova Hiện công tác Khoa Kỹ Thuật Điện Tử, Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, Cơ Sở Thành Phố Hồ Chí Minh Lĩnh vực nghiên cứu: Xử lý tín hiệu cho thơng tin vơ tuyến Điện thoại: 0913725530 E-mail: nhatnl@ptithcm.edu.vn TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 73 ...ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG lý kênh truyền hợp pháp điều kiện vật lý kênh truyền không hợp pháp Để khắc phục tình trạng này, truyền thơng chuyển tiếp. .. này, khảo sát hiệu bảo mật mạng vô tuyến nhận thức chuyển tiếp đa chặng sử dụng kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp chặng Cụ thể, chúng tơi đưa biểu thức dạng đóng tính xác suất dừng bảo mật xác suất... (12) Cuối TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 67 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA MẠNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG    SOP = Pr  i=1,2, ,K    max 0, log2  γRi−1 ,Ri 1+Qγ