语义熵可同时提升无线语义通信的传输效率与信道安全性
密码学与安全
2024-12-02 v3 信号处理
摘要
最近蓬勃发展的基于深度学习的语义通信 (DLSC) 专注于传输符号如何有效地向目的地传达所需含义。然而，神经模型的敏感性和无线信道的开放性使得 DLSC 系统极易受到各种恶意攻击。这启发我们提出一个问题：“我们能否在利用无线语义通信传输效率优势的同时，缓解其安全劣势？”。秉持这一理念，我们提出了 SemEntropy，这是一种通过探索数据的语义以实现自适应传输和物理层加密的新方法，从而回答了上述问题。具体而言，我们首先引入了语义熵，它表示关于 DLSC 传输目标的各种语义分数的期望。配备这种语义熵后，我们可以以细粒度方式动态地将信息丰富的语义分配给具有更好信道条件的正交频分复用 (OFDM) 子载波。我们还利用该熵指导语义密钥生成，以保护开放无线信道上的通信。通过这样做，传输效率和信道安全性可以同时得到提高。在各种基准上的广泛实验显示了所提出的 SemEntropy 的有效性。我们讨论了所提方法为何有利于 DLSC 的安全传输，并给出了一些有趣的发现，例如，SemEntropy 可以在减少 60% 传输量的情况下保持 95% 的语义准确率。
引用
@article{arxiv.2402.02950,
title = {Semantic Entropy Can Simultaneously Benefit Transmission Efficiency and Channel Security of Wireless Semantic Communications},
author = {Yankai Rong and Guoshun Nan and Minwei Zhang and Sihan Chen and Songtao Wang and Xuefei Zhang and Nan Ma and Shixun Gong and Zhaohui Yang and Qimei Cui and Xiaofeng Tao and Tony Q. S. Quek},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.02950},
year = {2024}
}
备注
This work has been submitted to the IEEE for possible publication