طراحي يك مكانيسم تدافعي براي بهبود امنيت در لايه فيزيكي با رويكرد نظريه بازي‌ها: كاربرد در شبكه‌هاي اقتضايي خودرويي

A Game-theoretic Approach to Defensive Mechanism Design for Physical Layer Security: Application to Vehicular Ad-Hoc Networks

در سال‌هاي اخير رشد روزافزون تكنولوژي ارتباطات بي‌سيم و كاربرد آن در توسعه سرويس‌هاي داده جديد، چالش‌هاي جديدي را در حوزه ارتباطات و شبكه‌هاي داده پيش روي محققان قرار داده است. به‌عنوان‌مثال در حوزه سيستم‌هاي حمل‌ونقل هوشمند ايده به‌كارگيري شبكه‌هاي اقتضايي خودرويي ارائه شده است. در اين شبكه‌ها به‌جهت ماهيت پخش راديويي، هميشه براي مهاجمان شبكه فرصت تأثيرگذاري روي سيستم ارتباطي وجود دارد. بنابراين مسئله امنيت براي ارسال اطلاعات حساس، بسيار مهم خواهد بود. در لايه فيزيكي شبكه، حمله‌هاي مهاجمان مي‌تواند به يكي از دو شيوه ايجاد تداخل (پخش پارازيت) و شنود كردن صورت پذيرد. در اين مقاله، يك مكانيسم تدافعي بر اساس كنترل توان فرستنده جهت مقابله با اثرهاي تخريبي حمله‌هاي لايه فيزيكي (كنترل عملكرد مهاجم) طراحي شده است. در اين مكانيسم با استفاده از روش نظريه بازي‌ها توان به‌كارگيري‌شده جهت انتقال اطلاعات توسط فرستنده و مهاجم روي زيركانال‌هاي تقسيم فركانسي متعامد يك كانال پهن باند به‌نحوي بهينه‌سازي شده است كه به بهبود امنيت كانال (ظرفيت ايمن) منجر شود. شبيه‌سازي عملكرد الگوريتم ارائه‌شده در بستر يك شبكه اقتضايي خودرويي بر اساس استاندارد IEEE 802.11p انجام شده است.

In the recent years the growth of wireless communications technology and its application in the development of new data services creates new challenges in the research field of data communications and networking. For example, in the field of intelligent transport systems, the concept of vehicular ad-hoc networking is presented. Because of the broadcast nature of radio environment, there are always opportunities for the network attackers to affect wireless communications systems. Hence, the issue of security for the transmission of sensitive data is of great importance. In the physical layer of the network, the attack may occur in the form of signal jamming or eavesdropping. In this paper, a defensive mechanism is designed using transmitter power control to reduce the damaging effects of these two physical layer attacks. Using a game-theoretic formulation, the mechanism optimizes OFDM subcarrier powers at both the main data transmitter and the attacker in order to improve the security of the communication channel (secrecy capacity). As an application of the proposed method, simulation results are provided for a vehicular ad-hoc network (VANET) scenario based on the IEEE802.11p standard.