混沌无人机通信环境中基于标签编码的联合保密速率实现与认证增强
信号处理
2025-01-07 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
安全通信在无人机（UAV）通信网络支持的许多新兴系统中至关重要。为了在混沌的无人机环境中保护合法通信（在该环境中，多个具有视距信号传播的对手可以轻易进行窃听和干扰），本文为大规模多输入多输出（MIMO）无人机系统提出了一种新的可靠且集成的物理层安全机制。具体地，首先将物理层指纹（也称为标签）嵌入到每条消息中以用于认证目的。然后，我们提出额外重用该标签作为参考来编码每条消息，从而以低成本确保保密性以增强机密性。具体地，我们通过将明文的一个编码不敏感特征与密钥一起输入哈希函数，创建了一种新的双参考对称标签生成机制。在合法接收端，可以基于接收到的密文对称地重新生成一个可靠的、可用于解码的预期标签，并通过将重新生成的参考标签与接收到的标签进行比较来执行认证。然而，非法接收端只能接收到模糊的标签，无法用于解码接收到的消息。此外，我们引入人工噪声（AN）来降低窃听质量，以进一步减少消息泄露。为了验证我们提出的基于标签的编码（TBE）方案的有效性，我们制定了两个优化问题，包括遍历和保密速率最大化与认证失败概率最小化。分别通过凸差（DC）规划和拉格朗日方法推导出功率分配解。仿真结果表明，与先前的AN辅助标签嵌入方案相比，所提出的TBE方法具有优越性能。
引用
@article{arxiv.2501.03080,
title = {Joint Secrecy Rate Achieving and Authentication Enhancement via Tag-based Encoding in Chaotic UAV Communication Environment},
author = {Junjie Wang and Fang Fang and Gangtao Han and Ning Wang and Xianbin Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.03080},
year = {2025}
}