单跳无线网络安全自由度

我们通过考虑四种基本的高斯网络结构来研究单跳无线网络的安全自由度 (d.o.f.)：窃听信道、带有保密消息的广播信道、带有保密消息的干扰信道以及多址窃听信道。没有辅助节点的经典高斯窃听信道的安全 d.o.f. 为零。已知通过使用发送结构化协作信号的辅助节点，可以在高斯窃听信道中获得严格为正的安全 d.o.f.。我们证明了带有辅助节点的高斯窃听信道的确切安全 d.o.f. 为 1/2。我们的可达方案基于实数干扰对齐和协作干扰，这使得消息信号和协作干扰信号在合法接收端可分离，但在窃听者处完美对齐，从而防止对消息信号的任何可靠解码。我们的 converse 证明基于两个关键引理。第一个引理通过表明窃听者对系统的净效应是消除其中一个独立信道输入来量化保密惩罚。第二个引理通过建立辅助节点的协作干扰信号与消息速率之间的直接关系来量化辅助节点的作用。我们将此结果扩展到 M 个辅助节点的情况，并表明此时的确切安全 d.o.f. 为 M/(M+1)。随后，我们将这种方法推广到具有多个消息的更通用网络结构。我们证明了带有保密消息和 M 个辅助节点的高斯广播信道的总和安全 d.o.f. 为 1，带有保密消息的双用户干扰信道的总和安全 d.o.f. 为 2/3，带有保密消息和 M 个辅助节点的双用户干扰信道的总和安全 d.o.f. 为 1，而 K 用户多址窃听信道的总和安全 d.o.f. 为 K(K-1)/(K(K-1)+1)。