Theo Hình 1.6, tín hiệu nhận tại ăng ten thứ m có dạng:
T
T
t
[t ] j N ] T
1.2.4 Một số đặc điểm của bảo mật tầng vật lý so với bảo mật truyền thống
Phương pháp bảo mật truyền thống sử dụng kỹ thuật mật mã luôn được tuyển chọn kỹ lưỡng [39] và đang được cho là đảm bảo bí mật cho hầu hết các mơ hình ứng dụng hiện nay [40]. Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng về năng lực tính tốn của các hệ thống xử lý, đặc biệt là sự ra đời của máy tính lượng tử đang đe dọa trực tiếp đến độ an tồn các thuật tốn mật mã này, địi hỏi các nhà nghiên cứu và phát triển ln tìm tịi các giải pháp có độ mật cao hơn [41], [42]. Một bất tiện khác của các lược đồ mã hóa truyền thống là ln cần có một hệ thống tạo, phân phối và quản lý khóa an tồn. Các u cầu phân phối khóa bí mật giữa các thành phần hợp pháp cũng trở nên khó được đảm bảo trong hệ thống mạng vơ tuyến. Mặt khác, với tầng vật lý hiện nay vẫn chưa được đề xuất một giải pháp bảo mật dùng mật mã cụ thể nào. Do đó, giải pháp bảo mật tầng vật lý không sử dụng kỹ thuật mật mã sẽ bù đắp và hỗ trợ giải pháp bảo mật truyền thống, làm tăng độ an toàn cho hệ thống [20], [21], [43]–[45].
Một số đặc điểm khác nhau giữa bảo mật tầng vật lý và phương pháp bảo mật sử dụng mật mã truyền thống như trong BẢNG 1.1 [22], [46], [47]. Mặc dù các cơng nghệ bảo mật tầng vật lý chưa được hồn thiện và chưa được ứng dụng nhiều trong thực tế, nhưng các đặc điểm được so sánh này đang thúc đẩy các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới quan tâm.
h x n
ym m m .
Với hệ số kênh truyền là hm [hm,1, ..., hm,N ], tín hiệu đầu ra của mỗi ăng ten
BẢNG 1.1: BẢO MẬT TẦNG VẬT LÝ SO VỚI BẢO MẬT TRUYỀN THỐNG
1.3 Mơ hình bài tốn bảo mật tầng vật lý cho mạng chuyển tiếp vô tuyến
Dựa trên lý thuyết thông tin và các kết quả về bảo mật tầng vật lý trong [1] và [18], như đã trình bày trong phần 1.2 ở trên, cộng với kỹ thuật truyền theo búp sóng và kỹ thuật truyền tin đa ăng ten [25], [26], [30], [32], [35]–[38], [45], [48]– [52] thì các nghiên cứu bảo mật tầng vật lý đang được nghiên cứu rộng rãi theo hai hướng chính là: Hệ thống chuyển tiếp hợp tác (cooperative relaying) và hệ thống tương tác chế áp chủ động (Cooperative Jamming - CJ).
Bảo mật dùng mật mã
(Cryptographic encryption)
Bảo mật tầng vật lý
(Physical layer security)
Cơ sở lý thuyết Dựa vào thuật toán mật mã Theo lý thuyết thông tin Mức độ bảo mật Có thể bị phá mã bởi tính tốn
vét cạn; được đo bằng khả năng giữ được an toàn sau một loạt các tấn cơng.
Đạt độ mật hồn thiện, khơng có giới hạn tính tốn đối với trạm nghe lén.
Các u cầu về khả năng tính tốn
Phụ thuộc nhiều vào khả năng tính tốn
Độc lập với khả năng tính tốn
Vấn đề quản lý khóa
Chi phí lớn cho việc tạo, quản lý và phân phối khóa; Các tấn cơng lên hệ thống khóa cơng khai khơng được cơng bố.
Khơng cần khóa nên khơng có bất kỳ chi phí gì về khóa; Thực hiện được phân phối khóa lượng tử Tiêu chí đánh
giá
Khơng thể đánh giá chính xác lượng thơng tin bí mật bị rị rỉ
Mức độ bí mật đúng bằng độ mập mờ của nguồn tin, mà có thể khơng ước lượng chính xác trong thực tế.
Khả năng thích ứng với các thay đổi của kênh truyền
Ít có khả năng thích ứng kênh Điều chỉnh tham số và chiến lược truyền tin để thích ứng tốt với các thay đổi kênh.
Thực tế triển khai
Đang được triển khai rộng rãi, cơng nghệ đã được hồn chỉnh và không quá tốn kém
Đã xuất hiện giải pháp cho mạng vơ tuyến, một số ít được triển khai nhưng cơng nghệ chưa thực sự sẵn sàng và có khả năng tốn kém.
Phương pháp bảo mật mạng vơ tuyến theo kỹ thuật CJ (cịn được gọi là kỹ thuật Friendly Jamming hay Artificial Noise) [19], [49], [53]–[55] có mơ hình hoạt động như Hình 1.7. Theo đó, bên phát sử dụng một ăng ten phát tín hiệu nguồn cần bảo mật (S - Source) là xs và M ăng ten phát tín hiệu nhiễu (J1,…JM). Hệ số tạo búp sóng tại các ăng ten (ws, w1,…,wM) được điều chỉnh sao cho tín hiệu cần bảo mật xs truyền đến trạm thu hợp pháp D (Destination) khơng bị ảnh hưởng của các tín hiệu nhiễu, trong khi đó tín hiệu xs truyền đến trạm nghe lén E (Eavesdropper) bị triệt tiêu hay bị can nhiễu đến mức trạm nghe lén E không thể khôi phục được nguồn tin xs theo phương pháp điều chế đã được trạm nguồn sử dụng. Trạm thu hợp pháp (D) hd Trạm nguồn (S) w he Trạm nghe lén (E) w1 wM Các trạm phát nhiễu