通过可重构智能表面抵消窃听者攻击：一种新的威胁模型与保密速率优化
信息论
2022-12-06 v1 math.IT
摘要
可重构智能表面（RIS）在节能且性能增强的无线通信方面的潜力近来受到显著研究关注，促使人们考虑将其用于各种第五代（5G）Advanced 及更先进应用。本文考虑一个多输入多输出（MIMO）物理层安全（PLS）系统，其包含多条数据流、一个合法无源 RIS 与一个恶意无源 RIS，前者对多天线窃听者透明，而后者的存在对于合法多天线收发机未知。我们首先提出一种针对 RIS 增强窃听系统的新威胁模型，并为窃听者的接收合并矩阵与恶意 RIS 的反射系数设计联合优化框架。接着聚焦于保密速率最大化问题，我们提出一种由 RIS 赋能的 PLS 方案，联合设计合法预编码矩阵与数据流数量、人工噪声（AN）协方差矩阵、接收合并矩阵以及合法 RIS 的反射系数。所提优化算法证明了至少收敛至局部最优点，其基于交替最大化、极小极大化与流形优化，并包含优化变量的半闭式表达式。针对两种代表性系统设置的广泛仿真结果表明，在无合法 RIS 时，即便面对元素数较少的恶意 RIS，收发机空间滤波与 AN 也无法提供非零保密速率。然而，当部署一个 元素合法 RIS 时，保密通信可抵御甚至拥有超过 个元素的恶意 RIS 窃听系统。
引用
@article{arxiv.2212.02263,
title = {Counteracting Eavesdropper Attacks Through Reconfigurable Intelligent Surfaces: A New Threat Model and Secrecy Rate Optimization},
author = {George C. Alexandropoulos and Konstantinos D. Katsanos and Miaowen Wen and Daniel B. da Costa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.02263},
year = {2022}
}
备注
33 pages, 8 figures, submitted to an IEEE Journal