CN110337094A - 针对d2d内容共享的安全传输系统及其方法 - Google Patents
针对d2d内容共享的安全传输系统及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110337094A CN110337094A CN201910719245.2A CN201910719245A CN110337094A CN 110337094 A CN110337094 A CN 110337094A CN 201910719245 A CN201910719245 A CN 201910719245A CN 110337094 A CN110337094 A CN 110337094A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mobile communication
- information
- communication terminal
- transmitting
- malicious
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 112
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 claims abstract description 233
- 230000006854 communication Effects 0.000 claims abstract description 63
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 62
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 58
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 238000013468 resource allocation Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04K—SECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
- H04K1/00—Secret communication
- H04K1/02—Secret communication by adding a second signal to make the desired signal unintelligible
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
- H04W12/50—Secure pairing of devices
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
- H04W4/70—Services for machine-to-machine communication [M2M] or machine type communication [MTC]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
一种针对D2D内容共享的安全传输系统及其方法，包括移动通信用户的移动通信终端，所述移动通信用户的移动通信终端用于采用间隔均匀分布的功率来发送信号，以此干扰恶意检测者的检测。所述恶意检测者为外部具有恶意检测目的的人员所使用的检测装置，该检测装置通常是无线信号采集装置。针对D2D内容共享的安全传输系统还包括D2D对，所述D2D对包括D2D发送端和D2D接收端，所述D2D发送端DT通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息。本发明设计复杂度低，操作简单，易于实现。相较于现有技术利用信道不确定性实现隐蔽通信的方案，具有更优性能。
Description
技术领域
本发明涉及对抗恶意监测者的D2D内容共享通信技术领域，也涉及安全传输的技术领域，具体涉及一种针对D2D内容共享的安全传输系统及其方法,尤其涉及一种基于隐蔽通信的D2D内容共享的网络安全传输系统及其方法。
背景技术
移动通信系统主要有蜂窝系统，集群系统，AdHoc网络系统，卫星通信系统，分组无线网，无绳电话系统，无线电传呼系统等。移动通信系统的特点有移动通信必须利用无线电波进行信息传输、通信是在复杂的干扰环境中运行的、移动通信业务量的需求与日俱增等。
以蜂窝系统为例，在下一代蜂窝网络中，移动数据流量呈现出迅猛的激增态势。作为其有效应对手段之一，端到端D2D内容共享通过充分利用广泛分布于如蜂窝网络这样的移动通信网络中移动终端设备的计算、缓存和交互能力，在提高数据传输速率、减少传输时延和提高能量效率等方面具有巨大优势，成为近年来研究的热点。
然而，相较于传统蜂窝网络，D2D内容共享更易遭受安全威胁。一方面，D2D内容共享中内容的分布式缓存特征导致信息泄露源头得到扩展，这使得信息泄露的风险大大增加。另一方面，传统的端到端D2D的加密机制并不适用于D2D内容共享。首先，移动终端设备的计算、缓存和交互能力会受到硬件条件制约，难以投入大量资源用于安全相关的加解密等工作。此外，由于D2D内容共享的分布式和自组织等特性，诸如鉴权、认证、审计和记录等工作必须由移动终端设备自身完成，这也导致其难以完成复杂的加解密工作。其次，D2D内容共享的分布式和大规模等特征，使得密钥管理更为困难。更为严重的是，加密后的内容信息仅对于单一设备生效，而无法被其他设备重复利用。这一现象与D2D内容共享的本质相悖，并且会严重削弱D2D内容共享带来的巨大优势。
在物理层研发安全技术可作为密钥加密等上层安全技术的重要补充，对于提高D2D内容共享的安全性具有重要意义。经典的物理层安全技术以Shannon在文献“Communication theory of secrecy systems,The Bell Systems Technical Journal,vol.28,no.4,pp.656–715,October，1949”中所提的窃听模型为基础，通过利用无线信道的时变特性来设计编码方案，保证信息的安全传输。尽管物理层安全技术具有较为广泛的应用前景和良好的理论基础，但正如文献“Resource allocation for covertcommunication in D2D content sharing:A matching game approach,IEEE Access,vol.7,pp.72835–72849，2019”所指出的那样，物理层安全技术仍存在以下两方面的缺陷。一方面，现有关于物理层安全技术的研究大都需要已知窃听信道的信道状态信息(CSI，Channel State Information)。然而在实际应用中，由于窃听者的隐蔽和伪装等因素，获取其CSI并不现实。另一方面，物理层安全技术更多关注于传输信息本身的安全性，却忽视了信息传输过程的不可检测性。实际上，恶意监测者可能并不关心传输信息的具体内容，而更加关注于发送端和接收端的存在。一旦监测到信息传输过程的发生，其可能会采取诸如发射大功率干扰信号、实施拒绝服务(DoS，Denial of Service)攻击，甚至物理攻击等手段破坏信息传输过程。因此，保证信息传输过程的不可检测性，对于保护用户隐私及传输信息安全等具有重要意义。
作为一种新兴的尖端安全技术，隐蔽通信技术因其能够保证通信过程的不可检测性，吸引了广大研究人员的兴趣。简单来说，隐蔽通信技术指的是通过信号处理方法，将信号和噪声(或干扰)混杂到一起，使得恶意监测者无法准确判别其接收到的是信号还是噪声(或干扰)。文献“Covert communication in fading channels under channeluncertainty,IEEE Vehicular Technology Conference(VTC Spring),pp.1–5，2017”研究了四节点无线通信场景(一个发送端，两个接收端，一个恶意监测者)的隐蔽通信问题，通过利用恶意监测者对于监测信道的不确定性，设计隐蔽通信机制，恶化恶意监测者的成功检测概率，从而达到保证信息传输过程不被恶意监测者所检测，即不可检测性。然而，关于D2D内容共享网络中基于隐蔽通信的安全传输方法研究尚未见诸于报。此外，上述文献所设计的隐蔽通信机制建立在恶意监测者对其监测信道不确定的基础之上，不具备普适性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种针对D2D内容共享的安全传输系统及其方法，有效避免了现有技术中D2D内容共享的安全传输中的隐蔽通信机制建立在恶意监测者对其监测信道不确定的基础之上且不具备普适性的缺陷。
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种针对D2D内容共享的安全传输系统及其方法的解决方案，具体如下：
一种针对D2D内容共享的安全传输系统，包括移动通信用户的移动通信终端，所述移动通信用户的移动通信终端用于采用间隔均匀分布的功率来发送信号，以此干扰恶意检测者的检测。
所述恶意检测者为外部具有恶意检测目的的人员所使用的检测装置，该检测装置通常是无线信号采集装置。
针对D2D内容共享的安全传输系统还包括D2D对，所述D2D对包括D2D发送端和D2D接收端，所述D2D发送端DT通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息，在所述通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息的过程中会受到恶意检测者Warden的恶意检测。
所述针对D2D内容共享的安全传输系统还包括：
发送模块一、发送模块二、信息编码模块一、信息编码模块二、信息传输模块一、信息传输模块二、估计模块以及信息解调和译码模块；
所述发送模块一运行在所述移动通信用户的移动通信终端上，所述发送模块一用于采用间隔均匀分布的功率来发送信号，以此干扰恶意检测者的检测；
所述发送模块二运行在所述D2D发送端DT上，所述发送模块二通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息；
所述信息编码模块一运行在所述移动通信用户的移动通信终端CUE上，所述信息编码模块一用于把将要传输给基站的干扰信息进行编码；
所述信息编码模块二运行在所述D2D发送端DT上，所述信息编码模块二用于把将要传输给所述D2D接收端的信息进行编码；
所述信息传输模块一运行在所述D2D发送端DT上，所述信息传输模块一用于在每一通信时隙开始时，就对所述D2D接收端DR发射导频信号；用于以设定的概率对所述D2D接收端DR传输信息。
所述信息传输模块二运行在所述移动通信用户的移动通信终端CUE上，所述信息传输模块二用于在每一通信时隙开始时，就对所述D2D接收端DR发射导频信号；用于用预设的发射功率来对基站发送干扰信息，所述预设的发射功率为所述预设的该通信时隙上所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率。
所述估计模块运行在所述D2D接收端DR上，所述估计模块用于估计所述D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益，所述D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益分别表示为hDT,DR和hC,DR；
所述信息解调和译码模块运行在所述D2D接收端DR上，所述信息解调和译码模块用于根据所述干扰信息和噪声信号，将干扰信号和噪声信号从接收到的组合信号中去除，然后对去除了干扰信号和噪声信号的组合信号用对应于所述编码方法的解码方法进行解码。
所述发送模块一包括预设子模块和共享子模块；
所述预设子模块用于在通信时隙上预设用于发射信号的功率其中，表示第i个通信时隙上所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率，i为小于等于1且大于等于n的正整数；所述的取值是随机生成的，且所述的取值满足在[0,2pavg]上的间隔均匀分布，其中，所述pavg表示所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号平均发射功率，所述pavg取值需满足如下公式(1)所示：
其中，ε代表恶意监测者的成功检测概率，是一个预设的门限值，表示恶意监测者处的最小错误检测概率期望值，其中，t为中间参数，该中间参数通过如下公式(2)求得：
在公式(2)中，pDT表示所述D2D发送端DT采用的发射功率，dDT,W和dC,W分别表示D2D发送端DT到恶意监测者Warden的距离和移动通信用户的移动通信终端CUE到恶意监测者Warden的距离，α为路径损耗因子；
所述共享子模块用于将所述用于发射信号的功率发送到所述D2D接收端DR中共享。
所述针对D2D内容共享的安全传输系统的方法，包括：
所述移动通信用户的移动通信终端采用间隔均匀分布的功率来发送信号，以此干扰恶意检测者的检测。
所述移动通信用户的移动通信终端采用间隔均匀分布的功率来发送信号以此干扰恶意检测者的检测的具体方法包括：
在所述D2D发送端DT通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为所述D2D接收端DR传输信息期间，会受到所述恶意检测者Warden的恶意检测，这样就进行移动通信用户的移动通信终端CUE的发射功率pc的预设和共享，所述移动通信用户的移动通信终端CUE的发射功率pc的预设和共享的方法为：
所述移动通信用户的移动通信终端CUE就在通信时隙上预设用于发射信号的功率其中，表示第i个通信时隙上所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率，i为小于等于1且大于等于n的正整数，并将该用于发射信号的功率发送到所述D2D接收端DR中共享。
所述的取值是随机生成的，且所述的取值满足在[0,2pavg]上的间隔均匀分布，其中，所述pavg表示所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号平均发射功率，所述pavg取值需满足如下公式(1)所示：
其中，ε代表恶意监测者的成功检测概率，是一个预设的门限值，表示恶意监测者处的最小错误检测概率期望值，其中，t为中间参数，该中间参数通过如下公式(2)求得：
在公式(2)中，pDT表示所述D2D发送端DT采用的发射功率，dDT,W和dC,W分别表示D2D发送端DT到恶意监测者Warden的距离和移动通信用户的移动通信终端CUE到恶意监测者Warden的距离，α为路径损耗因子。
在所述进行移动通信用户的移动通信终端CUE的发射功率pc的预设和共享的任务后，就能进行信息编码，所述信息编码的方法为：
所述移动通信用户的移动通信终端CUE和所述D2D发送端DT对分别将要传输给基站的干扰信息和所述D2D接收端的信息进行编码，所述干扰信息也同步发送给所述D2D接收端DR共享。
在所述进行信息编码后，就能进行信息传输，所述信息传输的方法为：
所述信息传输是在每一通信时隙开始时，所述D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE就对所述D2D接收端DR发射导频信号，由此让所述D2D接收端DR估计所述D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益，所述D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益分别表示为hDT,DR和hC,DR；随后，所述D2D发送端DT以设定的概率来对所述D2D接收端DR传输信息，同时，所述移动通信用户的移动通信终端CUE就用预设的发射功率来对基站发送干扰信息，所述预设的发射功率为所述预设的该通信时隙上所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率；
所述D2D发送端DT对所述D2D接收端DR传输信息的发射功率在所有通信时隙里保持不变。
在所述进行信息传输后，就能进行信息解调和译码，所述信息解调和译码的方法为：
所述D2D接收端DR会接收到所述D2D发送端DT传输的信息、噪声信号和所述移动通信用户的移动通信终端CUE所发送的干扰信息形成的同道干扰信号所组成的组合信号；
所述D2D接收端DR根据所述干扰信息和噪声信号，其可以将干扰信号和噪声信号从接收到的组合信号中去除，然后对去除了干扰信号和噪声信号的组合信号用对应于所述编码方法的解码方法进行解码。
在所述通信时隙内，所述D2D接收端DR接收信息的信干噪比表示为公式(3)：
其中，dDT,DR和dC,DR分别表示D2D发送端DT到D2D接收端DR的距离和移动通信用户的移动通信终端CUE到D2D接收端DR的距离，表示所述D2D接收端DR处的加性高斯白噪声的功率值；
这样，在该通信时隙内，所述D2D对传输信息的单位带宽可达速率RD2D可通过香农公式而求得。
本发明的有益效果为：
本发明的针对D2D内容共享的安全传输系统及其方法，包含了D2D对(由D2D发送端和D2D接收端构成)、所述移动通信用户的移动通信终端，D2D发送端复用所述移动通信用户的移动通信终端的上行链路为D2D接收端传输信息。考虑到恶意监测者会利用功率辐射计采集接收到的信号功率，并以此为依据判断D2D对之间是否在传输信息。在D2D发送端与D2D接收端之间传输信息的同时，移动通信用户的移动通信终端以服从间隔均匀分布的发送功率发射干扰信号，影响恶意监测者的检测。该针对D2D内容共享的安全传输系统及其方法复杂度低，操作简单，易于实现。相较于现有利用信道不确定性实现隐蔽通信的方案，具有更优性能，并具有普适性。有效避免了现有技术中D2D内容共享的安全传输中的隐蔽通信机制建立在恶意监测者对其监测信道不确定的基础之上且不具备普适性的缺陷。
附图说明
图1为本发明的针对D2D内容共享的安全传输系统的结构图。
图2为本发明的针对D2D内容共享的安全传输系统的方法的流程图。
图3为采用本发明所提用方法和采用现有技术的信道不确定性方法下的恶意监测者的检测性能对比示意图。
具体实施方式
本发明为应对网络中存在的恶意监测者，考虑利用由于复用蜂窝用户上行链路所带来的同道干扰(CCI，Co-channel Interference)而影响恶意监测者的检测，以此保证D2D内容共享的不可检测性。
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。
如图1-图2所示，针对D2D内容共享的安全传输系统，包括移动通信用户的移动通信终端，移动通信终端能够是蜂窝终端，该蜂窝终端能够是手机、PDA或者平板电脑，移动通信用户能够是蜂窝用户；移动通信用户的移动通信终端用于采用间隔均匀分布的功率来发送信号，以此干扰恶意检测者的检测。恶意检测者为外部具有恶意检测目的的人员所使用的检测装置，该检测装置通常是无线信号采集装置。具有恶意检测目的人员通常会使用该无线信号采集装置来采集D2D发送端所复用的移动通信用户的移动通信终端的上行链路的信号，以此达到恶意检测的目的。上行链路中的节点包括D2D发送端、D2D接收端、基站和移动通信用户的移动通信终端CUE。针对D2D内容共享的安全传输系统还包括一个D2D对，D2D对包括一个D2D发送端和一个D2D接收端，D2D发送端DT、D2D接收端DR和移动通信用户的移动通信终端CUE均配置单天线，D2D发送端DT、D2D接收端DR和移动通信用户的移动通信终端CUE均工作在半双工模式下；D2D发送端DT通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息，在通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息的过程中会受到恶意检测者Warden的恶意检测。针对D2D内容共享的安全传输系统还包括：发送模块一、发送模块二、信息编码模块一、信息编码模块二、信息传输模块一、信息传输模块二、估计模块以及信息解调和译码模块；发送模块一运行在移动通信用户的移动通信终端上，发送模块一用于采用间隔均匀分布的功率来发送信号，以此干扰恶意检测者的检测；发送模块二运行在D2D发送端DT上，发送模块二通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息；信息编码模块一运行在移动通信用户的移动通信终端CUE上，信息编码模块一用于把将要传输给移动通信网络中的基站的任意设置的干扰信息进行编码；信息编码模块二运行在D2D发送端DT上，信息编码模块二用于把将要传输给D2D接收端的信息进行编码；编码的方法能够为利用现有的任意编码方法进行编码；信息传输模块一运行在D2D发送端DT上，信息传输模块一用于在每一通信时隙开始时，就对D2D接收端DR发射导频信号；用于以设定的概率对D2D接收端DR传输信息，这样，D2D发送端DT对D2D接收端DR不传输信息的概率为 而常常设置为0.5，这样引入概率来在各个通信时隙内时发时不发信息，极大的干扰了恶意监测者的检测。信息传输模块二运行在移动通信用户的移动通信终端CUE上，信息传输模块二用于在每一通信时隙开始时，就对D2D接收端DR发射导频信号；用于用预设的发射功率来对基站发送干扰信息，预设的发射功率为预设的该通信时隙上移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率，以此来干扰恶意监测者的检测。估计模块运行在D2D接收端DR上，估计模块用于估计D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益，D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益分别表示为hDT,DR和hC,DR；信息解调和译码模块用于根据所述干扰信息和事先测定的环境中的噪声信号，其可以将干扰信号和噪声信号从接收到的组合信号中去除，然后对去除了干扰信号和噪声信号的组合信号用对应于所述编码方法的解码方法进行解码，以此完成解调和译码工作。
发送模块一包括预设子模块和共享子模块；
预设子模块用于在通信时隙上预设用于发射信号的功率其中，表示第i个通信时隙上移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率，i为小于等于1且大于等于n的正整数；的取值是随机生成的，且的取值满足在[0,2pavg]上的间隔均匀分布，其中，pavg表示移动通信用户的移动通信终端CUE的信号平均发射功率，pavg其取值需满足如下公式(1)所示：
其中，ε代表恶意监测者的成功检测概率，是一个预设的门限值，可以是基于具体的隐蔽通信的安全需求下所预设的门限值，表示恶意监测者处的最小错误检测概率期望值，其中，t为中间参数，该中间参数可通过如下公式(2)求得：
在公式(2)中，pDT表示D2D发送端DT采用的发射功率，dDT,W和dC,W分别表示D2D发送端DT到恶意监测者Warden的距离和移动通信用户的移动通信终端CUE到恶意监测者Warden的距离，α为路径损耗因子；共享子模块用于将用于发射信号的功率发送到D2D接收端DR中共享以便其后续进行解调和译码。
针对D2D内容共享的安全传输系统的方法，包括：
移动通信用户的移动通信终端采用间隔均匀分布的功率来发送信号，以此干扰恶意检测者的检测。
移动通信用户的移动通信终端采用间隔均匀分布的功率来发送信号以此干扰恶意检测者的检测的具体方法包括：
在D2D发送端DT通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息期间，会受到恶意检测者Warden的恶意检测，考虑到该传输信息期间会受到移动通信用户的移动通信终端CUE发射信号的干扰，这样就能利用移动通信用户的移动通信终端CUE发射信号作为干扰影响恶意监测者的检测和判决。这样就进行移动通信用户的移动通信终端CUE的发射功率pc的预设和共享，移动通信用户的移动通信终端CUE的发射功率pc的预设和共享的方法为：
移动通信用户的移动通信终端CUE就在通信时隙上预设用于发射信号的功率其中，表示第i个通信时隙上移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率，i为小于等于1且大于等于n的正整数，并将该用于发射信号的功率发送到D2D接收端DR中共享以便其后续进行解调和译码。
的取值是随机生成的，且的取值满足在[0,2pavg]上的间隔均匀分布，其中，pavg表示移动通信用户的移动通信终端CUE的信号平均发射功率，pavg其取值需满足如下公式(1)所示：
其中，ε代表恶意监测者的成功检测概率，是一个预设的门限值，可以是基于具体的隐蔽通信的安全需求下所预设的门限值，表示恶意监测者处的最小错误检测概率期望值，其中，t为中间参数，该中间参数可通过如下公式(2)求得：
在公式(2)中，pDT表示D2D发送端DT采用的发射功率，dDT,W和dC,W分别表示D2D发送端DT到恶意监测者Warden的距离和移动通信用户的移动通信终端CUE到恶意监测者Warden的距离，α为路径损耗因子。
在进行移动通信用户的移动通信终端CUE的发射功率pc的预设和共享的任务后，就能进行信息编码，信息编码的方法为：
移动通信用户的移动通信终端CUE和D2D发送端DT对分别将要传输给移动通信网络中的基站的任意设置的干扰信息和D2D接收端的信息进行编码，干扰信息也同步发送给D2D接收端DR共享。编码的方法能够为现有的任意编码方法进行编码。
在进行信息编码后，就能进行信息传输，信息传输的方法为：
信息传输是以时隙方式进行的，即在每一通信时隙开始时，D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE就通过基站对D2D接收端DR发射导频信号，由此以便于让D2D接收端DR估计D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益，D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益分别表示为hDT,DR和hC,DR；随后，D2D发送端DT以设定的概率通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路的方式来对D2D接收端DR传输信息，这样，D2D发送端DT对D2D接收端DR不传输信息的概率为而常常设置为0.5，这样引入概率来在各个通信时隙内时发时不发信息，极大的干扰了恶意监测者的检测，同时，移动通信用户的移动通信终端CUE就用预设的发射功率来对基站发送干扰信息，预设的发射功率为预设的该通信时隙上移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率，这样发送的干扰信息和D2D发送端DT与D2D接收端DR之间传输的信息就会形成干扰，以此来干扰恶意监测者的检测；
D2D发送端DT对D2D接收端DR传输信息的发射功率在所有通信时隙里保持不变。这样就能利于稳定的传输有效信息。
在进行信息传输后，就能进行信息解调和译码，信息解调和译码的方法为：
D2D接收端DR会接收到D2D发送端DT传输的信息、噪声信号和移动通信用户的移动通信终端CUE所发送的干扰信息形成的同道干扰信号所组成的组合信号；
D2D接收端DR根据干扰信息和事先测定的环境中的噪声信号，其可以将干扰信号和噪声信号从接收到的组合信号中去除，然后对去除了干扰信号和噪声信号的组合信号用对应于编码方法的解码方法进行解码，以此完成解调和译码工作。
在通信时隙内，D2D接收端DR接收信息的信干噪比可表示为公式(3)：
其中，dDT,DR和dC,DR分别表示D2D发送端DT到D2D接收端DR的距离和移动通信用户的移动通信终端CUE到D2D接收端DR的距离，表示D2D接收端DR处的加性高斯白噪声(AWGN，Additive White Gaussian Noise)的功率值；
这样，在该通信时隙内，D2D对传输信息的单位带宽可达速率RD2D可通过香农公式而求得。
在具体实施例中，采用本发明的方法和采用现有技术文献中利用信道不确定性实现隐蔽通信方法的恶意监测者期望错误检测概率性能的方法的对比仿真如图3所示，该现有技术文献为“Covert communication in fading channels under channeluncertainty,IEEE Vehicular Technology Conference(VTC Spring),pp.1–5，2017”，其中，D2D发送端DT的发射功率pDT＝17dBm，移动通信用户的移动通信终端CUE的平均发射功率pavg∈[14,26]dBm，移动通信用户的移动通信终端CUE和D2D发送端DT到恶意监测者的距离dC,W＝dDT,W＝5m，D2D接收端DR处的加性高斯白噪声功率上行链路信道服从Rayleigh分布，路径损耗因子α＝4，恶意监测者使用包括功率辐射计的无线信号采集装置采集从上行链路中接收到的信号功率，并以此为依据判断D2D对之间是否在传输信息。其检测的条件为表示恶意监测者处接收信号的平均功率，这里的n为恶意监测者接收信号的数量，这里的PW表示恶意监测者接收信号的总功率，这里的γ表示判决门限。若接收信号的平均功率超过判决门限，则恶意监测者认为D2D对之间在进行信息传输，表示为否则认为D2D对之间没有进行信息传输，表示为显然，恶意监测者会发生两种判决错误。当其错将接收信号的平均功率超过判决门限的条件判决为时，定义为虚警(FA，False Alarm)；当其错将错将接收信号的平均功率不超过判决门限的条件判决为时，定义为漏检(MD，Miss Detection)。其虚警的概率和漏检的概率分别表示为和在此基础上，恶意监测者的错误检测概率为由图3可知，当干扰信息的平均发射功率相同时，本发明方法可以有效恶化恶意监测者的检测，使得其无法准确检测D2D对之间的信息传输。同时，在相同的隐蔽通信需求下，本发明方法需要干扰信号的平均发射功率更低。根据香农公式可知，D2D对之间可获得更高的可达速率。
该针对D2D内容共享的安全传输系统及其方法，包含了D2D对(由D2D发送端和D2D接收端构成)、移动通信用户的移动通信终端，D2D发送端复用移动通信用户的移动通信终端的上行链路为D2D接收端传输信息。考虑到恶意监测者会利用功率辐射计采集接收到的信号功率，并以此为依据判断D2D对之间是否在传输信息。在D2D发送端与D2D接收端之间传输信息的同时，移动通信用户的移动通信终端以服从间隔均匀分布的发送功率发射干扰信号，影响恶意监测者的检测。该针对D2D内容共享的安全传输系统及其方法复杂度低，操作简单，易于实现。相较于现有利用信道不确定性实现隐蔽通信的方案，具有更优性能，并具有普适性。
以上以用实施例说明的方式对本发明作了描述，本领域的技术人员应当理解，本公开不限于以上描述的实施例，在不偏离本发明的范围的情况下，可以做出各种变化、改变和替换。
Claims (10)
1.一种针对D2D内容共享的安全传输系统，包括移动通信用户的移动通信终端，其特征在于，所述移动通信用户的移动通信终端用于采用间隔均匀分布的功率来发送信号，以此干扰恶意检测者的检测。
2.根据权利要求1所述的针对D2D内容共享的安全传输系统，其特征在于，所述恶意检测者为外部具有恶意检测目的的人员所使用的检测装置，该检测装置通常是无线信号采集装置。
3.根据权利要求1所述的针对D2D内容共享的安全传输系统，其特征在于，针对D2D内容共享的安全传输系统还包括D2D对，所述D2D对包括D2D发送端和D2D接收端，所述D2D发送端DT通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息，在所述通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息的过程中会受到恶意检测者Warden的恶意检测。
4.根据权利要求1所述的针对D2D内容共享的安全传输系统，其特征在于，所述针对D2D内容共享的安全传输系统还包括：
发送模块一、发送模块二、信息编码模块一、信息编码模块二、信息传输模块一、信息传输模块二、估计模块以及信息解调和译码模块；
所述发送模块一运行在所述移动通信用户的移动通信终端上，所述发送模块一用于采用间隔均匀分布的功率来发送信号，以此干扰恶意检测者的检测；
所述发送模块二运行在所述D2D发送端DT上，所述发送模块二通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为D2D接收端DR传输信息；
所述信息编码模块一运行在所述移动通信用户的移动通信终端CUE上，所述信息编码模块一用于把将要传输给基站的干扰信息进行编码；
所述信息编码模块二运行在所述D2D发送端DT上，所述信息编码模块二用于把将要传输给所述D2D接收端的信息进行编码；
所述信息传输模块一运行在所述D2D发送端DT上，所述信息传输模块一用于在每一通信时隙开始时，就对所述D2D接收端DR发射导频信号；用于以设定的概率对所述D2D接收端DR传输信息；
所述信息传输模块二运行在所述移动通信用户的移动通信终端CUE上，所述信息传输模块二用于在每一通信时隙开始时，就对所述D2D接收端DR发射导频信号；用于用预设的发射功率来对基站发送干扰信息，所述预设的发射功率为所述预设的该通信时隙上所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率；
所述估计模块运行在所述D2D接收端DR上，所述估计模块用于估计所述D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益，所述D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益分别表示为hDT,DR和hC,DR；
所述信息解调和译码模块运行在所述D2D接收端DR上，所述信息解调和译码模块用于根据所述干扰信息和噪声信号，将干扰信号和噪声信号从接收到的组合信号中去除，然后对去除了干扰信号和噪声信号的组合信号用对应于所述编码方法的解码方法进行解码。
5.根据权利要求4所述的针对D2D内容共享的安全传输系统，其特征在于，所述发送模块一包括预设子模块和共享子模块；
所述预设子模块用于在通信时隙上预设用于发射信号的功率其中，表示第i个通信时隙上所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率，i为小于等于1且大于等于n的正整数；所述的取值是随机生成的，且所述的取值满足在[0,2pavg]上的间隔均匀分布，其中，所述pavg表示所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号平均发射功率，所述pavg取值需满足如下公式(1)所示：
其中，ε代表恶意监测者的成功检测概率，是一个预设的门限值，表示恶意监测者处的最小错误检测概率期望值，其中，t为中间参数，该中间参数通过如下公式(2)求得：
在公式(2)中，pDT表示所述D2D发送端DT采用的发射功率，dDT,W和dC,W分别表示D2D发送端DT到恶意监测者Warden的距离和移动通信用户的移动通信终端CUE到恶意监测者Warden的距离，α为路径损耗因子；
所述共享子模块用于将所述用于发射信号的功率发送到所述D2D接收端DR中共享。
6.一种针对D2D内容共享的安全传输系统的方法，其特征在于，包括：
所述移动通信用户的移动通信终端采用间隔均匀分布的功率来发送信号，以此干扰恶意检测者的检测。
7.根据权利要求6所述的针对D2D内容共享的安全传输系统的方法，其特征在于，所述移动通信用户的移动通信终端采用间隔均匀分布的功率来发送信号以此干扰恶意检测者的检测的具体方法包括：
在所述D2D发送端DT通过复用移动通信用户的移动通信终端CUE的上行链路为所述D2D接收端DR传输信息期间，会受到所述恶意检测者Warden的恶意检测，这样就进行移动通信用户的移动通信终端CUE的发射功率pc的预设和共享，所述移动通信用户的移动通信终端CUE的发射功率pc的预设和共享的方法为：
所述移动通信用户的移动通信终端CUE就在通信时隙上预设用于发射信号的功率其中，表示第i个通信时隙上所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率，i为小于等于1且大于等于n的正整数，并将该用于发射信号的功率发送到所述D2D接收端DR中共享。
8.根据权利要求7所述的针对D2D内容共享的安全传输系统的方法，其特征在于，所述的取值是随机生成的，且所述的取值满足在[0,2pavg]上的间隔均匀分布，其中，所述pavg表示所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号平均发射功率，所述pavg取值需满足如下公式(1)所示：
其中，ε代表恶意监测者的成功检测概率，是一个预设的门限值，表示恶意监测者处的最小错误检测概率期望值，其中，t为中间参数，该中间参数通过如下公式(2)求得：
在公式(2)中，pDT表示所述D2D发送端DT采用的发射功率，dDT,W和dC,W分别表示D2D发送端DT到恶意监测者Warden的距离和移动通信用户的移动通信终端CUE到恶意监测者Warden的距离，α为路径损耗因子。
9.根据权利要求8所述的针对D2D内容共享的安全传输系统的方法，其特征在于，在所述进行移动通信用户的移动通信终端CUE的发射功率pc的预设和共享的任务后，就能进行信息编码，所述信息编码的方法为：
所述移动通信用户的移动通信终端CUE和所述D2D发送端DT对分别将要传输给基站的干扰信息和所述D2D接收端的信息进行编码，所述干扰信息也同步发送给所述D2D接收端DR共享。
10.根据权利要求9所述的针对D2D内容共享的安全传输系统的方法，其特征在于，在所述进行信息编码后，就能进行信息传输，所述信息传输的方法为：
所述信息传输是在每一通信时隙开始时，所述D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE就对所述D2D接收端DR发射导频信号，由此让所述D2D接收端DR估计所述D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益，所述D2D发送端DT和移动通信用户的移动通信终端CUE发送导频信号到其的信道增益分别表示为hDT,DR和hC,DR；随后，所述D2D发送端DT以设定的概率来对所述D2D接收端DR传输信息，同时，所述移动通信用户的移动通信终端CUE就用预设的发射功率来对基站发送干扰信息，所述预设的发射功率为所述预设的该通信时隙上所述移动通信用户的移动通信终端CUE的信号发射功率；
所述D2D发送端DT对所述D2D接收端DR传输信息的发射功率在所有通信时隙里保持不变。
在所述进行信息传输后，就能进行信息解调和译码，所述信息解调和译码的方法为：
所述D2D接收端DR会接收到所述D2D发送端DT传输的信息、噪声信号和所述移动通信用户的移动通信终端CUE所发送的干扰信息形成的同道干扰信号所组成的组合信号；
所述D2D接收端DR根据所述干扰信息和噪声信号，其可以将干扰信号和噪声信号从接收到的组合信号中去除，然后对去除了干扰信号和噪声信号的组合信号用对应于所述编码方法的解码方法进行解码；
在所述通信时隙内，所述D2D接收端DR接收信息的信干噪比表示为公式(3)：
其中，dDT,DR和dC,DR分别表示D2D发送端DT到D2D接收端DR的距离和移动通信用户的移动通信终端CUE到D2D接收端DR的距离，表示所述D2D接收端DR处的加性高斯白噪声的功率值；
这样，在该通信时隙内，所述D2D对传输信息的单位带宽可达速率RD2D可通过香农公式而求得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910719245.2A CN110337094B (zh) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | 针对d2d内容共享的安全传输系统及其方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910719245.2A CN110337094B (zh) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | 针对d2d内容共享的安全传输系统及其方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110337094A true CN110337094A (zh) | 2019-10-15 |
| CN110337094B CN110337094B (zh) | 2021-07-02 |
Family
ID=68148564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910719245.2A Active CN110337094B (zh) | 2019-08-06 | 2019-08-06 | 针对d2d内容共享的安全传输系统及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110337094B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111181597A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-19 | 华南理工大学 | 一种多核系统中的抗干扰热隐蔽通道通信方法 |
| CN112312363A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-02 | 西安交通大学 | 一种d2d通信系统中物理层防窃听的方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150334755A1 (en) * | 2012-12-14 | 2015-11-19 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Method in a Radio Communication System |
| CN106170152A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-11-30 | 怀化学院 | 一种计及物理层安全的设备间通信资源共享方法 |
| KR101900194B1 (ko) * | 2017-06-08 | 2018-09-19 | 부경대학교 산학협력단 | 사물인터넷 기기의 송신전력 제어 방법 |
| CN108834108A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-11-16 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 对抗半双工主动窃听的基于虚拟决策的d2d协同中继选择方法 |
| CN108834109A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-11-16 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 全双工主动窃听下基于q学习的d2d协同中继功率控制方法 |
| CN108924797A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-11-30 | 西安交通大学 | 一种具有社交意识的d2d网络安全传输方法 |
| US20180375848A1 (en) * | 2013-03-17 | 2018-12-27 | NXT-ID, Inc. | Un-password: risk aware end-to-end multi-factor authentication via dynamic pairing |
| US20190222262A1 (en) * | 2014-08-29 | 2019-07-18 | Freelinc Technologies Inc. | Spatially enabled secure communications |
-
2019
- 2019-08-06 CN CN201910719245.2A patent/CN110337094B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150334755A1 (en) * | 2012-12-14 | 2015-11-19 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Method in a Radio Communication System |
| US20180375848A1 (en) * | 2013-03-17 | 2018-12-27 | NXT-ID, Inc. | Un-password: risk aware end-to-end multi-factor authentication via dynamic pairing |
| US20190222262A1 (en) * | 2014-08-29 | 2019-07-18 | Freelinc Technologies Inc. | Spatially enabled secure communications |
| CN106170152A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-11-30 | 怀化学院 | 一种计及物理层安全的设备间通信资源共享方法 |
| KR101900194B1 (ko) * | 2017-06-08 | 2018-09-19 | 부경대학교 산학협력단 | 사물인터넷 기기의 송신전력 제어 방법 |
| CN108834108A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-11-16 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 对抗半双工主动窃听的基于虚拟决策的d2d协同中继选择方法 |
| CN108834109A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-11-16 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 全双工主动窃听下基于q学习的d2d协同中继功率控制方法 |
| CN108924797A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-11-30 | 西安交通大学 | 一种具有社交意识的d2d网络安全传输方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KHURRAM SHAHZAD, XIANGYUN ZHOU,SHIHAO YAN: "Covert Communication in Fading Channels under Channel Uncertainty", 《2017 IEEE 85TH VEHICULAR TECHNOLOGY CONFERENCE (VTC SPRING)》 * |
| 徐芳芳: "D2D通信系统中的物理层安全传输技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111181597A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-19 | 华南理工大学 | 一种多核系统中的抗干扰热隐蔽通道通信方法 |
| CN111181597B (zh) * | 2019-12-30 | 2021-09-21 | 华南理工大学 | 一种多核系统中的抗干扰热隐蔽通道通信方法 |
| CN112312363A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-02 | 西安交通大学 | 一种d2d通信系统中物理层防窃听的方法 |
| CN112312363B (zh) * | 2020-11-09 | 2022-03-01 | 西安交通大学 | 一种d2d通信系统中物理层防窃听的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110337094B (zh) | 2021-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sheng et al. | Detecting 802.11 MAC layer spoofing using received signal strength | |
| Wen et al. | A framework of the PHY-layer approach to defense against security threats in cognitive radio networks | |
| US11330434B2 (en) | Security detection for a physical layer authentication system that considers signal-discriminating capability of an active adversary | |
| Chen et al. | Achieving covert communication in overlay cognitive radio networks | |
| CN112383380B (zh) | 基于非正交多址接入技术的隐蔽车辆通信方法 | |
| Tran et al. | Proactive attack: A strategy for legitimate eavesdropping | |
| CN114257299B (zh) | 一种无人机非正交多址网络可靠安全传输方法 | |
| Girke et al. | Towards resilient 5G: Lessons learned from experimental evaluations of LTE uplink jamming | |
| Chi et al. | Countering cross-technology jamming attack | |
| CN110337094B (zh) | 针对d2d内容共享的安全传输系统及其方法 | |
| Alahmadi et al. | Subband PUEA detection and mitigation in OFDM-based cognitive radio networks | |
| Liu et al. | Secrecy performance analysis in downlink NOMA systems with cooperative full-duplex relaying | |
| Xu et al. | Opportunistic relay selection improves reliability–reliability tradeoff and security–reliability tradeoff in random cognitive radio networks | |
| Pirayesh et al. | JammingBird: Jamming-resilient communications for vehicular ad hoc networks | |
| Rabbachin et al. | The role of aggregate interference on intrinsic network secrecy | |
| Jin et al. | A reassessment on friendly jamming efficiency | |
| Saranyadevi et al. | A survey on preventing jamming attacks in wireless communication | |
| Yu et al. | AuthCTC: Defending against waveform emulation attack in heterogeneous IoT environments | |
| Dong et al. | Mitigating jamming attacks in wireless broadcast systems | |
| Cai et al. | Multiple Cooperative Attackers for Tag-Based Physical Layer Authentication | |
| Lin et al. | Multi-antenna covert communications with delay constraint | |
| Soltani et al. | Physical Layer Security Analysis in The Priority-Based 5G Spectrum Sharing Systems | |
| Cai et al. | Protecting cognitive radio networks against poisson distributed eavesdroppers | |
| Zhao et al. | Wireless Communication Network Security System Based on Big Data Information Transmission Technology | |
| Wei et al. | Physical Layer Security Technology Based on Nonorthogonal Multiple Access Communication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |