تولید کلید لایه فیزیکی برای ارتباطات پهبادها و سنجش پایداری آن در برابر حملات غیرفعال و فعال

ارتباطات بی‌سیم پهبادهاi به دلایلی از قبیل امکان تحرک بالا، هزینه کم، استقرار بر اساس نیاز و نیز بهره‌وری از کانال‌های دید مستقیمii هوا به زمین، علاقه‌مندی بسیاری را در کاربردهای نظامی و تجاری به خود جلب کرده است. با این حال، این مزایا سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم پهپاد را در برابر حملات غیرفعال و حملات فعال آسیب‌پذیر می‌کند. در سال‌های اخیر، با افزایش قدرت محاسباتی رایانه‌ها و در نتیجه افزایش تهدیدهای امنیتی، یک راهکار امنیتی نوین و کارآمد به نام امنیت لایه فیزیکی بسیار‌ مورد توجه قرار گرفته است. در این حوزه، یکی از مهمترین این روش‌ها، تولید کلید از ویژگی‌های کانال بی‌سیم است. در این مقاله، با تمرکز بر روی روش‌های مبتنی بر فاز کانال، دو روش عملی تولید کلید از فاز کانال یعنی: 1) روش اول، استفاده از اختلاف فاز یک سیگنال سینوسی با دو فرکانس و 2) روش دوم، به‌کارگیری فاز اولیۀ تصادفی برای سیگنال سینوسی با یک فرکانس، معرفی می‌شوند. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد تولید کلید مبتنی بر روش دوم از منظر حملات فعال (حملۀ مرد در میانii و حملۀ پارازیتiv)، عملکرد بهتری نسبت به روش اول دارد. و به علاوه، با تولید کلید با آنتروپی بالا بر چالش ایستایی لینک های پهباد غلبه می کند. بر این اساس، روش به کارگیری فاز اولیۀ تصادفی از حیث احتمال موفقیت در تولید کلید برای نسبت سیگنال به نویزهای مختلف، تاثیر پارامتر کوانتیزاسیون و سایر عوامل مورد ارزیابی قرار می گیرد. همچنین این روش از منظر نواحیافشای کلید v مطالعه خواهد شد.

physical layer key generation for uav communication and measuring its resilience against passive and active attacks

the wireless communication of unmanned aerial vehicles (uavs) has attracted a lot of interest in military and civilian applications for reasons such as the possibility of high mobility, low cost, deployment based on needs, and the efficiency of direct air-to-ground channels. however, these advantages make uav wireless systems vulnerable to both passive and active attacks. in recent years, with the increase in the computing power of computers and as a result of the increase in security threats, a new and efficient security solution called physical layer security has received much attention. in this field, one of the most important methods is the key generation from wireless channel characteristics. in this paper, by focusing on the key generation from the channel phase, two methods of generating the key from the channel phase are introduced: 1) the first method, using the phase difference of a sinusoidal signal with two frequencies and 2) the second method, choosing the random initial phase for a sinusoidal signal with one frequency. the simulation results show that key generation based on the second method performs better than the first method from the perspective of active attacks (man-in-the-middle attack and jammer attack). furthermore, we study the second method from the point of view of key disclosure resion. we will see that by implementing the idea of channel probing on multiple frequencies, the percentage of key disclosure region will decrease. the results obtained provide useful engineering insights for the design and optimization of a secure link for uav communications.