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大規模MIMO將帶來更多無線信道,但也使無線信道易受攻擊

2019-10-14 07:43 ? 次閱讀

大規模MIMO將帶來更多無線信道,但也使無線信道易受攻擊

插圖來源:Berk Akgun

隨著無線通信系統必須滿足越來越多的數據傳輸需求,用以確保把數據傳輸給正確的用戶的協議的不足,會使系統易受到攻擊。

亞利桑那大學的Berk Akgun及其同事最近發表在IEEE Transactions on Information Forensics and Security上的一篇論文探討了這種類型的攻擊。他們發現,在某些情況下,當使用大規模多入多出技術(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)時,數據的傳輸速率可能會下降50%以上。大規模MIMO被認為是5G網絡的關鍵支持技術之一。

MIMO是無線通信中已被確立起來的技術,利用該技術兩個或更多個發射器和接收器同時發送和接收數據。但隨著基站向大規模MIMO過渡,基站會配備上越來越多的天線來傳輸信號,而這些信號更容易相互干擾。為了解決這個問題,稱為導頻的較小的周期性信號被分配給每個用戶并從每個用戶處發出,這確保了數據被傳送給正確的人。

這種方法的一個主要限制是可用的導頻數量有限。隨著每個基站的通信信道數量持續增長,這一限制變得尤為突出。有時,必須為多個用戶分配相同的導頻序列,這會干擾正確的數據傳輸并導致較差的系統性能。這稱為導頻污染。但是,攻擊者也可以利用這種污染來故意干擾數據傳輸。?

Akgun解釋說:“攻擊者可以生成與合法用戶的導頻序列完全相同的導頻序列,并與這些用戶一起發送這些序列,來扭曲基站的信道估計。”這種策略最終降低了用戶的數據傳輸速率。

在這篇論文中,Akgun及其合作者探討了攻擊者可以在不同條件下使用的導頻污染策略。他們的研究結果表明,當攻擊者離基站很近(在300米或更近的距離內)時,他或她足以利用自己的導頻使大規模MIMO系統的總傳輸速率下降50%以上。不幸的是,他們的結果還表明攻擊者可以在距離基站更遠時也能使數據傳輸速率下降。

如果攻擊者知道某些用戶的位置,攻擊也會變得更加嚴重。“攻擊者用以污染合法用戶的導頻傳輸的功率預算有限,”Akgun解釋說,“如果攻擊者知道用的戶位置,那么就會更多地去扭曲這些用戶的導頻傳輸。通過這種方式,攻擊者可以提高其攻擊對整體系統性能的影響。”

如果攻擊者的導頻信號足夠強,能威脅到無線通信的隱私,那么導頻污染也可以被用于將傳輸的數據取走。研究人員研究了在不同條件下這種策略可以被最大化到什么程度,他們發現攻擊者離基站越近,數據傳輸明顯越容易受到攻擊。

總之,這篇論文強調了大規模MIMO系統的易受攻擊性以及對用于確保通過這些系統建立的通信信道的安全的新協議的需求。

Berk Akgun等發表的文章的訪問地址:https://ieeexplore.ieee.org/document/8501977。

大規模MIMO將帶來更多無線信道,但也使無線信道易受攻擊

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