Đánh giá hiệu năng bảo mật với kỹ thuật chọn lựa nhiều nút chuyển tiếp đơn trình dưới sự tác động của phần cứng không hoàn hảo (tt)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (862.13 KB, 26 trang )
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------
PHẠM QUỐC HƯNG
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT VỚI KỸ THUẬT
CHỌN LỰA NHIỀU NÚT CHUYỂN TIẾP ĐƠN
TRÌNH DƯỚI SỰ TÁC ĐỘNG CỦA PHẦN CỨNG
KHÔNG HOÀN HẢO
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ: 60.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2016
Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN TRUNG DUY
Phản biện 1: …………………………………………………
Phản biện 2: …………………………………………………
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc
sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: ....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm ...............
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn
thông
1
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, với sự phát triển của các dịch vụ
truyền thông đa phương tiện đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ công
nghệ truyền thông ra đời. Để đạt được những yêu cầu về thông
lượng, mở rộng phạm vi phủ sóng cung cấp chất lượng dịch vụ tốt
hơn. Kỹ thuật MIMO với phân tập thu và phát cho phép tăng độ lợi
phân tập hệ thống. Tuy nhiên phải đảm bảo độ lợi phân tập giữa các
anten giữa máy thu và máy phát nhưng trong thực tế việc kế rất khó
khăn. Mạng chuyển tiếp vô tuyến được đề xuất, với kỹ thuật này các
nút mạng chuyển tiếp có thể hợp tác với nhau trong quá trình truyền
dữ dẫn để tăng độ lợi phân tập không gian của hệ thống. Tuy nhiên,
người dùng không hợp pháp có thể nghe và lấy cấp thông tin trên hệ
thống vô tuyến. Vì vậy vấn đề bảo mật ngày trở nên quan trọng và
thiết yếu. Bảo mật lớp vật lý là một kỹ thuật đơn giản để đạt được
hiệu quả bảo mật mà không cần đến các thuật toán mã hoá phức tạp
ở các lớp trên. Cho đến nay, trong hầu hết các công bố đều giả sử
rằng phần cứng của các thiết bị là hoàn hảo. Tuy nhiên trên thực tế,
các phần cứng này là không hoàn hảo bởi nhiễu gây ra từ sự nhiễu
pha, sự không cân bằng I/Q, sự không tuyến tính trong bộ khuếch
đại, v.v. Ảnh hưởng của suy hao phần cứng sẽ gây giảm hiệu năng
mạng vô tuyến.
Luận văn này sẽ nghiên cứu về hiệu năng bảo mật với kỹ
thuật chọn lưa nhiều nút chuyển tiếp đơn trình dưới sự tác động của
phần cứng không hoàn hảo. Hơn nửa, luận văn sẽ tập trung nghiên
2
cứu sử dụng nút chuyển tiếp đơn phần để nâng cao hiệu năng bảo
mật của mạng chuyển tiếp dưới sự tác động của phần cứng không
hoàn hảo. Nội dung của luận văn được chia làm ba chương cụ thể
như sau:
Chương 1: Lý thuyết tổng quan
Chương 2: Mô hình hệ thống
Chương 3: Mô phỏng và đánh giá kết quả
CHƯƠNG 1 - LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
1.1
Bảo mật lớp vật lý (Physical-Layer Security)
Kỹ thuật bảo mật thông tin lớp vật lý (Physical-Layer
Security) là khai thác các tính chất vật lý của kênh truyền vô tuyến
để tăng cường hiệu quả bảo mật mà không cần sử dụng các công cụ
mã hóa.
C AB
A
B
C AE
E
Hình 1.1: Mô hình bảo mật lớp vật lý cơ bản
1.2
Các phương pháp chuyển tiếp trong bảo mật lớp vật lý
3
Mô hình cơ bản của mạng chuyển tiếp bao gồm ba nút mạng:
một nút nguồn S, nút chuyển tiếp R, một nút đích D. Trong mô hình
mạng vô tuyến chuyển tiếp, nút chuyển tiếp có nhiệm vụ giúp đỡ các
nút nguồn chuyển dữ liệu nguồn đến các đích mong muốn. Trong
những mạng hao chặng thông thường, thông tin nguồn có thể được
chuyển tới đích thông qua một nút chuyển tiếp tốt nhất.
Có các giao thức cơ bản mà mút chuyển tiếp sử dụng để xử
lý tín hiệu nhận được từ nút nguồn. Một là kỹ thuật giải mã và
chuyển tiếp (DF) [7],[8], hai là kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp
(AF) [9],[10],ba là kỹ thuật ngẫu nhiên và chuyển tiếp (RF).
1.2.1 Kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp (AF)
1.2.2 Kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp (DF)
1.2.3 Kỹ thuật ngẫu nhiên và chuyển tiếp (RF)
1.3 Các kỹ thuật phân tập kết hợp và chuyển tiếp phân tập
1.3.1 Các kỹ thuật phân tập trong thông tin vô tuyến
1.3.2 Các kỹ thuật phân tập kết hợp
1.3.2.1 Kỹ thuật kết hợp lựa chọn (Selection Combining: SC) [11]
1.3.2.2 Kỹ thuật kết hợp tỉ số tối đa (Maximal Ratio Combining
MRC) [11]
1.3.2.3 Kỹ thuật kết hợp tỉ số cân bằng (Equal-Gian Combining
EGC) [12]
1.3.3 Các kỹ thuật lựa chọn nút chuyển tiếp
Về cơ bản, các phương pháp chọn lựa được chia làm hai
loại: phương pháp chọn lựa đơn trình (Partial Relay Selection) và
phương pháp chọn lựa toàn trình (Full Relay Selection) [13],[18].
4
S
D
Hình 1.4: Mô hình chuyển tiếp phân tập
1.3.3.1
Phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp đơn trình (Partial
Relay Selection)
Trong phương pháp này, nút chuyển tiếp tốt nhất được chọn
chỉ dựa vào trạng thái kênh truyền giữa nút nguồn và các nút chuyển
tiếp (chặng đầu tiên). Bởi vì, thông tin trạng thái kênh truyền này có
thể dễ dàng đạt được thông qua các hoạt động duy trì mạng nên việc
thực thi giao thức này trong thực tế sẽ đơn giản hơn việc chọn lựa
nút chuyển tiếp toàn phần.
1.3.3.2
Phương pháp lựa chọn nút chuyển tiếp toàn trình (Full
Relay Selection)
1.4 Suy hao phần cứng (Hardware Impairments)
Suy giảm phần cứng của thiết bị thu phát ảnh hưởng xấu đến
hiệu suất của hệ thống thông tin, đặc biệt là đối với các hệ thống tốc
độ cao. Như chúng ta đã biết, hầu hết các nghiên cứu đóng góp trong
lĩnh vượt chuyển tiếp cho rằng phần cứng của các thiết bị là hoàn hảo
bởi nhiễu gây ra từ sự nhiễu pha, sự không cân bằng I/Q, sự không
5
tuyến tính trong bộ khuếch đại, v.v. Suy yếu tạo ra một ngưỡng cơ
bản không thể vượt qua bằng cách tăng công suất phát.
1.5 Lý do chọn đề tài
Cho đến nay chỉ có một vài công trình đánh giá sự ảnh
hưởng của suy hao phần cứng lên hiệu năng bảo mật lớp vật lý, cụ
thể [25],[26]. Đó cũng là nguyên nhân chính để học viên nghiên cứu
sự tác động của phần cứng không hoàn hảo lên hiệu năng bảo mật.
Ngoài ra, đề tài cũng đề xuất phương pháp chọn lựa nhiều nút
chuyển tiếp đơn trình để nâng cao hiệu quả bảo mật của hệ thống vô
tuyến. Tiếp theo, học viên xin nêu lên sự khác biệt giữa mô hình đề
xuất và các mô hình đã được công bố trong các tài liệu [25] và [26]:
-
Trong [25], các tác giả đưa ra các mô hình chuyển tiếp
MIMO khác nhau và xét đến hiệu năng bảo mật cho các mô
hình đó. Tuy nhiên, trong [25], các tác giả chỉ đưa ra các kết
quả mô phỏng và chưa đưa ra các phân tích đánh giá hiệu
năng bảo mật.
-
Trong [26], các tác giả đề xuất mô hình chuyển tiếp hai
chặng và đánh giá hiệu năng xác suất dừng bảo mật. Tuy
nhiên, mô hình trong tài liệu tham khảo [26] là đơn giản khi
chỉ xét một nút chuyển tiếp đơn. Hơn thế nữa, các tác giả
cũng giả sử rằng tổng mức suy hao phần cứng tại các chặng
là bằng nhau.
Trong luận văn này sẽ nghiên cứu vấn đề hiệu năng bảo mật
với kỹ thuật chọn lựa nhiều nút chuyển tiếp đơn trình dưới sự tác
động của phần cứng không hoàn hảo.
6
Chương 2 - MÔ HÌNH HOÁ HỆ THỐNG VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆU NĂNG HỆ THỐNG
2.1 Suy hao phần cứng (Hardware Impairments)
Xét sự truyền dữ liệu giữa một nút phát X và một nút nhận
Y, tín hiệu nhận được tại nút Y với sự xuất hiện của phần cứng
không hoàn hảo có thể được mô hình hoá như trong các tài liệu
[22],[23] như sau:
y
Ph x t r nY .
(2.1)
Tỷ số công suất tín hiệu trên nhiễu (SNR) nhận được tại máy
thu Y có thể được tính bởi phương trình sau:
P | h |2
| h |2
,
t r P | h |2 N 0 1 | h |2
(2.4)
2.2 Bảo mật lớp vật lý (Physical-Layer Security)
E
hSE
S
hSD
D
Hình 2.1: Mô hình bảo mật lớp vật lý cơ bản với phần cứng lý tưởng
Trong mô hình này, ta ký hiệu hSD và hSE lần lượt là kênh
truyền giữa S-D và giữa S-E.
7
Theo định nghĩa trong các tài liệu tham khảo [1]-[2], dung
lượng bảo mật được tính như sau:
Csec max 0, CSD CSE
| hSD |2
| hSE |2
max 0,log 2 1
log
1
.
2
2
2
1
|
h
|
1
|
h
|
SD
SE
(2.9)
2.3 Mô hình đề xuất
E
R1
R2
Rb
S
D
RK
Kênh Chính
Kênh Nghe Lén
R K 1
Các nút chuyển
tiếp đơn phần
được chọn
RM
Hình 2.2: Mô hình đề xuất
Hình 2.2 mô tả mô hình sẽ được nghiên cứu trong luận văn
này. Trong hình vẽ này, một nút nguồn S muốn chuyển tiếp dữ liệu
đến một nút đích D, thông qua sự giúp đỡ của M nút chuyển tiếp R
R1, R2 ,..., RM . Giả sử rằng, không có liên kết trực tiếp giữa S và
D bởi vì khoảng cách hoặc vật cản. Vì vậy, nút nguồn (S ) cần sự
giúp đỡ từ các nút chuyển tiếp (R) để đưa dữ liệu mong muốn đến
8
đích. Trong mô hình khảo sát, nút nghe lén (E) đang cố gắng nghe
lõm dữ liệu được phát đi từ nguồn S và từ các nút chuyển tiếp R.
Về mặt toán học, ta có thể phát biểu phương pháp chọn lựa
này bằng công thức sau:
Rb : bD max kD .
(2.10)
k 1,2,..., K
Dung lượng bảo mật của chặng thứ nhất được tính tương tự
như công thức (2.9) như sau:
1
1 SR b
C1 max 0, log 2
1 SE
2
.
(2.13)
Tương tự, dung lượng kênh bảo mật của chặng thứ hai được
tính bởi:
1
1 RbD
.
C2 max 0, log 2
1 R E
2
b
(2.14)
Với kỹ thuật RF, dung lượng bảo mật toàn trình được đưa ra
như sau (xem kỹ thuật RF trong tài liệu [27]):
Ce 2e min C1 , C2 .
(2.15)
2.4 Mô hình hoá kênh truyền
Trong luận văn này, giả sử tất cả các kênh truyền đều là kênh
fading Rayleigh. Do đó, tất cả các độ lợi kênh truyền
Sb , bD , SE , bE
đều có phân phối mũ (exponential distribution) (xem [9],[12]). Hơn
nữa, để đưa suy hao phần cứng vào trong các tính toán, giá trị của
9
tham số đặc trưng
AB
có thể được xác định như trong tài liệu [3]
như sau:
AB d AB
,
với
d AB
(2.17)
là khoảng cách và là hệ số suy hao đường truyền có giá
trị chạy từ 2 đến 6, tuỳ thuộc vào môi trường truyền.
2.5 Hiệu Năng Bảo Mật
2.5.1 Xác suất dừng bảo mật (Secrecy Outage Probability (SOP))
Xác suất dừng bảo mật (SOP) là xác suất mà dung lượng bảo
mật nhỏ hơn một ngưỡng xác định
Cth Cth 0 . Do đó, SOP tức
thời của mô hình khảo sát có thể được đưa tính như sau:
SOP Pr Ce 2 e Cth Pr min C1 , C2 Cth
1 1 Pr C1 Cth 1 Pr C2 Cth
1
1 SR b
1 1 Pr max 0, log 2
1 SE
2
1
1 RbD
1 Pr max 0, log 2
1 R E
2
b
C
th
Cth .
(2.19)
Tuy nhiên, khi đánh giá hiệu năng của hệ thống, giá trị trung
bình của SOP thường được sử dụng.
10
SOP 1
K
1
1 SR b
C
1 Pr Rb R j Pr max 0, log 2
th
j 1
1 SE
2
1
1 RbD
Cth
1 Pr max 0, log 2
1 R E
2
b
1
1 1
K
Cth
1
1 RbD
1 Pr max 0, log 2
Cth .
1 R E
2
b
(2.20)
1
1 SR b
Pr max 0, log 2
j 1,b j
1 SE
2
K
2.5.2 Xác suất dung lượng bảo mật khác 0 (Probability of NonZero Secrecy Capacity (PNSC))
Xác suất dung lượng bảo mật khác 0 (PNSC) tức thời của mô hình
khảo sát có thể được đưa ra như sau:
PNSC Pr Ce 2 e 0 Pr min C1 , C2 0
Pr C1 0 Pr C2 0
Pr SR b SE Pr R b D R b E .
(2.21)
Cũng vậy, giá trị trung bình của PNSC được đưa ra dưới dạng
sau:
11
1
PNSC
K
Pr SRb SE Pr Rb D R b E .
j 1,b j
(2.22)
K
Chương 3 - ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT
3.1 Xác suất dừng bảo mật (SOP)
Từ công thức (2.20), ta quan sát rằng để tính được
cần tính các xác suất
1
1 SR b
Pr max 0, log 2
1 SE
2
SOP , ta
Cth và
1
1 RbD
.
Pr max 0, log 2
C
th
1 R E
2
b
Sau khi khai triển biểu thức xác suất ta đạt được kết quả:
1
1 SR b
Pr max 0, log 2
1 SE
2
Cth
Y1
1
1 Y1
X 1b
Pr
1 X 1b
1 1 X 1b 1 1 Y1
Pr
1 2 X 1bY1
Pr 0 X 1b 1 2Y1 3 X 1bY1 ,
(3.2)
12
0 1 1 , 1 1, 2 1
với
3 1 . với
0 1 1 , 1 1, 2 1
và
2
và
3 1 2 .
Nhận xét 1: Rõ ràng rằng, nếu 1 1 0 thì
1
1 SR b
Pr max 0, log 2
1 SE
2
, có nghĩa là chặng thứ
Cth 1
nhất luôn mất bảo mật trong trường hợp này. Hơn thế nữa, điều này
dẫn tới
SOP 1 và hệ thống
sẽ luôn bị mất bảo mật trong trường
hợp này.
Từ đây về sau, các tính toán và biến đổi đều xét trong trường
hợp
1 1 0 . Thật vậy, khi 1 1 0 , ta có thể
đạt được biểu thức như sau:
1
1 SRb
Pr max 0, log 2
1 SE
2
C
th Pr 0 3Y1 X 1b 1 2Y1
Pr 0 3 y X 1b 1 2 y fY1 y dy
0
0 / 3
0
y
FX1b 1 2 fY1 y dy
f y dy.
0 / 3 Y1
0 3 y
(3.3)
Sau các bước biến đổi ta đạt được (3.8) dưới dạng:
13
1
1 SR b
Pr max 0, log 2
1 SE
2
Cth
b
M t 1
v t 1 1 2 1 0
v
1 1 CMt 1CMv t 1 1 exp
3
3
t 1 v 0, v t 1
0
v t 1 1 0 2 1 3
exp
exp 1
0
3 z
3
z dz.
(3.8)
Bởi vì tích phân trong công thức (3.8) không thể được biểu
diễn dưới dạng biểu thức tường minh nên các tích phân này sẽ được
tính bằng phương pháp số sử dụng các phần mềm máy tính như
MATLAB [28] (hoặc MATHEMATICA [29]). Tương tự, ta cũng có
thể tính
1
1 RbD
Pr max 0, log 2
1 R E
2
b
Cth
Sử dụng các kết quả (3.8) và (3.12) cho (2.20), ta có thể tính
chính xác
SOP bằng công thức sau:
14
1 K b M t 1
v t 1 1 2 1 0
1
v 1 t 1 v
1 CM CM t 1 exp
3
3
K b1 t 1 v 0, v t 1
SOP 1
0 exp v t 1 1 0 2 1 3 exp 1 z dz.
0
z
3
3
K
2 0
k 1 k 2
exp 2 2
1 CK
3
3
k 1
0
exp k 2 0 2 1 3 exp 2
0
3 z
3
z dz
(3.13)
Kế tiếp, ta xét trường hợp đặc biệt khi phần cứng là hoàn hảo,
cụ thể:
=0 . Thật vậy, ta có thể viết lại công thức (3.2) và công
thức (3.9) như sau:
1
1 SR b
Pr max 0, log 2
1 SE
2
Pr X 1b 1 Y1
0
Cth
FX1b 1 y fY1 y dy,
1
1 RbD
Pr max 0, log 2
1 R E
2
b
Pr X 2b 1 Y2b
(3.14)
0
Cth
(3.15)
FX 2 b 1 y fY2 b y dy,
Sau một số biến đổi ta được, với phần cứng hoàn hảo, xác
suất dừng trung bình được tính chính xác bằng một biểu thức dạng
tường minh như sau:
15
SOP 1
1 K b M t 1
1 exp v t 1 1 1
v 1
t 1 v
1 CM CM t 1
1 v t 1 1
K b1 t 1 v 0,v t 1
K
2 exp k 2 1
k 1
1 CKk
.
2 k 2
k 1
(3.20)
3.2 Xác suất dung lượng bảo mật khác 0 (PNSC)
Đầu tiên, xác suất Pr SR SE
b
sẽ được viết lại bằng
công thức sau:
X 1b
Y1
Pr SR b SE Pr
Pr X 1b Y1
1 X 1b 1 Y1
0
1 F
X 1b
y fY y dx.
1
(3.21)
Sau các phép biến đổi, ta tính được chính xác
PNSC bằng 1
biểu thức tường minh như sau:
PNSC
1
K
b
M t 1
1
t 1 v 0,v t 1
v
CMt 1CMv t 11 K
CKk 2
k 1
1
.
1 v t 1 1 k 1
2 k 2
(3.25)
16
Nhận xét 2: Không giống như xác suất dừng bảo mật, xác suất dung
lượng bảo mật khác 0 không phụ thuộc vào giá trị của mức độ suy
hao phần cứng
.
CHƯƠNG 4 - MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
KẾT QUẢ
Trong chương này, các mô phỏng máy tính sử dụng phương
pháp Monte Carlo sẽ được thực hiện để kiểm chứng các kết quả phân
tích lý thuyết.
Môi trường mô phỏng là một mặt phẳng hai chiều Oxy.
Trong mặt phẳng này, ta đặt nút nguồn cố định tại gốc toạ độ (0, 0),
trong khi vị trí của nút đích sẽ là (1,0). Mục đích của việc đặt này là
tiêu chuẩn hoá khoảng cách giữa nguồn và đích bằng 1. Các nút
chuyển tiếp sẽ được đặt nằm giữa nút nguồn và nút đích, với toạ độ
là xR ,0 0 xR 1 . Nút nghe lén E sẽ có vị trí là xE , yE với
0 xE , yE 1. Từ các vị trí này, ta dễ dàng tính được khoảng cách
vật lý giữa các nút như sau:
dSE
xE2 yE2 và d RE
dSR xR , dRD 1 xR ,
xR xE
2
yE2 . Trong tất cả các
mô phỏng, hệ số suy hao đường truyền được cố định bởi: 3 .
17
4.1 Xác suất dừng bảo mật (SOP)
Quan sát từ hình vẽ, ta thấy rằng giá trị của SOP biến thiên
theo giá trị của
giảm khi
. Cụ thể, khi giá trị của
thấp, giá trị của SOP
tăng. Tuy nhiên, SOP sẽ giảm xuống đến một giá trị
cực tiểu rồi sẽ tăng lên theo sự gia tăng của
Hình 4.1: Xác suất dừng bảo mật trung bình (SOP) vẽ theo tỷ số
công suất phát trên nhiễu
(dB) khi
5dB,15dB ,
M 3 , K 1, 2,3 , Cth 0.1, 0.1 , xR 0.5 ,
xE 1 và yE 0.5
Quan sát từ hình vẽ 4.2, ta thấy rằng giá trị của SOP giảm
xuống khi số lượng nút chuyển tiếp tăng lên. Một quan sát nữa là khi
giá trị của
tăng, giá trị của SOP giảm. Tuy nhiên, khi
đủ lớn,
SOP sẽ không giảm mà tiến về một giá trị mà ở đó không còn phụ
thuộc vào
nữa.
18
Hình 4.2: Xác suất dừng bảo mật trung bình (SOP) vẽ theo tỷ số công
suất phát trên nhiễu
(dB) khi
5dB, 20dB ,
0.1 , xR 0.5 , xE 1
yE 0.5
M 2,3,6 , K 2 , Cth 0.1,
và
Hình 4.3: Xác suất dừng bảo mật trung bình (SOP) vẽ theo mức suy
hao phần cứng
khi
5dB , M 3 , K 2 ,
Cth 0.25,0.5,0.75 , [0,1] , xR 0.5 , xE 1 và
yE 0.5
Trong hình vẽ 4.3, ta quan sát sự tác động của suy hao phần
cứng lên hiệu năng bảo mật SOP của hệ thống. Cụ thể, ta thay đổi
19
giá trị của
Cth
từ 0 đến 1, đồng thời cũng thay đổi một số giá trị của
và quan sát sự biến đổi của SOP theo các sự biến thiên đó.
Quan sát từ hình vẽ, ta thấy giá trị của SOP tăng mạnh theo sự gia
tăng của
. Hơn nữa, giá trị của SOP sẽ giảm khi giá trị của Cth
giảm. Cuối cùng, ta cũng thấy rằng khi 1 22Cth 1 0 , giá trị
của SOP luôn luôn bằng 1.
Hình 4.4: Xác suất dừng bảo mật trung bình (SOP) vẽ hoành độ
khi
xR
2.5dB , M 3 , K 1, 2,3 , Cth 0.5 , 0.1 ,
xR [0,1] , xE 1 và yE 0.5
Trong hình vẽ 4.4, ta khảo sát sự ảnh hưởng của vị trí nút
chuyển tiếp lên giá trị của SOP. Nhìn vào hình vẽ, ta thấy rằng, giá
trị của SOP biến thiên mạnh theo các vị trí khác nhau của các nút
chuyển tiếp.
20
Trong hình vẽ 4.5, ta sẽ khảo sát sự ảnh hưởng của vị trí nút
nghe lén E lên giá trị của SOP. Nhìn vào hình vẽ, ta thấy rằng giá trị
SOP giảm mạnh với sự gia tăng của giá trị yE . Điều này có thể được
giải thích rằng khi
yE tăng, khoảng cách giữa nút nghe lén đến nút
nguồn và các nút chuyển tiếp sẽ tăng. Vì vậy, dung lượng của kênh
nghe lén sẽ giảm nên dung lượng bảo mật tăng lên, kéo theo sự giảm
của xác suất dừng bảo mật.
Hình 4.5: Xác suất dừng bảo mật trung bình (SOP) vẽ tung độ
yE
khi
0dB , M 1, 2, 4 , K 1, Cth 0.25 , 0 , xR 0.8 ,
xE 0.5 và yE 0.1,0.9
4.2 Xác suất dung lượng bảo mật khác 0 (PNSC)
Trong mục này, ta sẽ khảo sát hiệu năng bảo mật xác suất
dung lượng bảo mật khác 0 của mô hình khảo sát.
21
Hình 4.6: Xác suất dung lượng bảo mật khác 0 (PNSC) vẽ theo giá trị
K khi
M 8 , K 1,8 , xR 0.2,0.5,0.8 , xE 1 và
yE 0.5
Hình vẽ 4.6 nghiên cứu sự tác động của giá trị K lên giá trị
PNSC. Nhìn vào hình vẽ, ta có thể thấy tương ứng với mỗi vị trí của
nút chuyển tiếp sẽ tồn tại những giá trị K tối ưu khác nhau để mà giá
trị của PNSC là lớn nhất.
22
Hình 4.7: Xác suất dung lượng bảo mật khác 0 (PNSC) vẽ theo giá trị
M khi M 1,10 ,
K 1 M / 2 , xR 0.5
và
xE yE 0.2,0.4,0.7
Giá trị của PNSC tăng theo sự giá tăng của số lượng nút
chuyển tiếp. vị trí của nút nghe lén ảnh hưởng rất lớn đến hiệu năng
của mô hình khảo sát. Cụ thể, giá trị PNSC sẽ càng lớn khi nút E
càng xa các nút nguồn và nút chuyển tiếp.
KẾT LUẬN
Trong phần này, học viên xin đúc kết lại các kết quả đạt
được của luận văn, cũng như thảo luận về hướng phát triển của đề
tài.
Đầu tiên, luận văn nghiên cứu về vấn đề bảo mật lớp vật lý
dưới sự tác động của phần cứng không hoàn hảo. Để nâng cao hiệu
quả bảo mật, luận văn đề xuất một phương pháp chọn lựa nhiều nút
chuyển tiếp đơn phần, để nâng cao hiệu quả bảo mật cho cả hai
chặng. Hơn nữa, các công cụ toán học được sử dụng để đánh giá
chính xác xác suất dừng bảo mật và xác suất dung lượng bảo mật
khác 0. Cuối cùng, mô phỏng Monte Carlo được sử dụng để kiểm
chứng các kết quả lý thuyết. Từ các hình vẽ, các kết quả thú vị đạt
được từ giao thức đề xuất có thể được liệt kê như sau:
- Với sự xuất hiện của suy hao phần cứng, xác suất dừng bảo
mật tăng (hiệu quả bảo mật kém hơn) khi tăng công suất phát của
nguồn và các nút chuyển tiếp. Hơn nữa, khi phần cứng của các thiết
23
bị là hoàn hảo, giá trị của xác suất dừng sẽ hội tụ về một giá trị hằng
khi công suất phát đủ lớn.
- Đề giảm xác suất dừng bảo mật, các phương pháp sau có
thể được áp dụng: i) tăng số lượng nút chuyển tiếp giữa nguồn và
đích, ii) chọn lựa số lượng nút chuyển tiếp ở chặng đầu tiên (giá trị
K) một cách thích hợp, iii) chọn lựa các nút chuyển tiếp có vị trí
thích hợp.
- Một đặc tính quan trọng của mô hình đề xuất được tìm ra
trong Chương III là hệ thống sẽ luôn bị mất bảo mật nếu như điều
kiện 1 22C 1 0 xảy ra. Nói cách khác, nếu mức độ suy hao
th
phần cứng vượt quá một ngưỡng cho phép
1 / 2
2 Cth
,
1
thông tin truyền đi sẽ không được bảo mật.
- Đối với hiệu năng xác suất dung lượng bảo mật khác 0,
luận văn đã chứng minh được rằng giá trị của xác suất dung lượng
bảo mật khác 0 không phụ thuộc vào công suất phát cũng như mức
suy hao phần cứng. Tương tự như hiệu năng xác suất dừng bảo mật,
để nâng cao giá trị của xác suất dung lượng bảo mật khác 0, hệ thống
cần nhiều hơn số nút chuyển tiếp, tối ưu hoá giá trị K và tối ưu vị trí
của các nút chuyển tiếp.
- Các kết quả mô phỏng trong Chương IV đã chứng minh sự
đúng đắn của các kết quả lý thuyết.
Để kết thúc luận văn, học viên xin nêu lên một số hướng phát
triển đề tài:
