基于分层变分自编码器的工业物联网物理层认证
信号处理
2025-08-12 v1
摘要
最近，由于物理层认证（PLA）利用传输介质的随机性特征来实现通信保密性和认证，受到了广泛关注。在复杂环境中，例如工业物联网（IIoT），广泛应用机器学习（ML）与 PLA 结合，用于从信道特征中提取和分析复杂特征以实现身份认证。然而，大多数针对 IIoT 的 PLA 方案需要攻击者的先验信道信息，在训练阶段接收信号来源未知时会导致严重的性能下降。因此，本文提出了一种基于信道脉冲响应（CIR）的 PLA 方案，称为"分层变分自编码器（Hierarchical Variational Auto-Encoder, HVAE）"，旨在在复杂环境中即使在不知道攻击者先验信道信息且仅基于少量数据的情况下也能实现高性能认证。HVAE 由用于 CIR 特征提取的自编码器（AE）模块和用于提高 CIR 特征表示能力并输出认证结果的变分自编码器（VAE）模块组成。此外，构建了新的目标函数，其中在 VAE 模块中考虑了单峰和双峰高斯分布。此外，在静态和移动 IIoT 场景下进行仿真，验证了在少量训练数据的情况下，所提出的 HVAE 在四个比较 PLA 方案中具有优势。
引用
@article{arxiv.2508.06794,
title = {Physical Layer Authentication Based on Hierarchical Variational Auto-Encoder for Industrial Internet of Things},
author = {Rui Meng and Xiaodong Xu and Bizhu Wang and Hao Sun and Shida Xia and Shujun Han and Ping Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.06794},
year = {2025}
}
备注
17 pages, 13 figures