Implementação em plataformas SDR de esquemas de codificação para segurança na camada física baseados em códigos curtos e técnicas de interleaving

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Martins, Cesar Miguel dos Santos
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10316/83388
Resumo: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
id RCAP_fdb5c6c1c417801379ea3b1f5b79ec15
oai_identifier_str oai:estudogeral.uc.pt:10316/83388
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Implementação em plataformas SDR de esquemas de codificação para segurança na camada física baseados em códigos curtos e técnicas de interleavingImplementation of Finite Length Interleaved Coding Schemes for Secrecy in SDR PlatformsSegurança na camada físicaCodificação de canalRádio definido por softwareMatlab/SimulinkImplementaçãoPhysical layer securityChannel codingSoftware defined radioMatlab/SimulinkTestbed implementationDissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaOs últimos anos trouxeram um crescimento das comunicações sem fios, o que se refletiu numa maior preocupação com a segurança dos dados transmitidos entre dispositivos. Apesar da criptografia providenciar níveis satisfatórios de segurança, não é inquebrável, pelo que não se consegue garantir que não haja alguma fuga de informação. Nesse sentido, têm sido desenvolvidos métodos de introduzir segurança também na camada física, como complemento à segurança já existente.Recentemente, foi proposto um esquema que recorre a uma chave aleatória de interleaving, que é usada para baralhar a mensagem a transmitir, e que é, posteriormente, anexada à mesma, sendo ativado um jammer durante a transmissão dos bits correspondentes à chave gerada, de forma a criar uma vantagem em relação a um possível eavesdropper. Paralelamente a este, foi desenvolvido um esquema idêntico, mas em que os bits correspondentes à chave são apagados depois da mensagem ser codificada. Este último esquema parte do pressuposto da existência de uma vantagem do recetor legítimo face a um possível eavesdropper, expressa em termos de uma melhor relação sinal-ruído (por exemplo, a transmissão entre os intervenientes legítimos é realizada dentro de uma sala, garantindo que não existe um eavesdropper dentro da mesma), permitindo ao recetor legítimo a recuperação correta da chave, o que não é possível em situações de comunicação mais degradadas. Nesta dissertação é realizada a prova de conceito com a implementação em ambiente real de ambos os métodos em plataformas de rádio definido por software (SDR – Software Defined Radio), programadas com recurso ao MATLAB/Simulink. São, também, apresentados cenários de teste adequados, onde foram realizadas experiências que mostram a existência de um acréscimo de segurança introduzido por estes esquemas num cenário real. No decorrer da implementação, foi, ainda, proposta uma variação a ambos os esquemas, substituindo o interleaver por um scrambler, tendo sido obtidos resultados significativamente melhores. Nesta dissertação, são também descritos os problemas e dificuldades inerentes à implementação prática e teste de um sistema de comunicação genérico em plataformas SDR. Em concreto, e a título de exemplo, é proposto e foi implementado um processo de automatização dos testes, assente em comunicação sobre UDP, que permite a sincronização de vários SDRs (que modelam os sistemas transmissores e recetores), que pode ser aplicado a outros modelos de Simulink que representem um canal de escuta.Com estes resultados, mostra-se que os esquemas propostos cumprem os requisitos de garantir uma transmissão segura e fidedigna, podendo vir a ser um importante complemento à segurança das comunicações, principalmente em dispositivos móveis, como telemóveis (onde a segurança baseada em proximidade está a ganhar força) ou dispositivos da Internet das Coisas de baixo consumo, onde pode não ser possível utilizar os métodos da criptografia.The last few years have brought a growth in the usage of wireless communications, which was reflected in an increased concern for the security of data transmitted between devices. Although cryptography provides satisfactory levels of security, it is not unbreakable, so one cannot guarantee that there is no leakage of information. Therefore, methods have been developed to introduce security also at the physical layer, using codes with finite blocklengths, in addition to existing security.Recently, a new schema has been proposed that generates a random interleaving key, which is used to shuffle the message to be transmitted, being afterward attached to it for transmission, while a jammer is turned on during the transmission of the key, in order to create an advantage over a possible eavesdropper. Meanwhile, an identical schema was developed, in which the bits corresponding to the key are erased after the message is encoded. This latter schema is based on the assumption of a legitimate receiver’s advantage over a possible eavesdropper, expressed in terms of a better signal-to-noise ratio (for example, by performing the transmission within a room, ensuring that there is no eavesdropper inside it), allowing the legitimate receiver to correctly recover the key, which is not possible in more degraded communication situations.In this dissertation, the proof of concept is performed with the implementation of both methods on Software Defined Radio (SDR) platforms, programmed using MATLAB/Simulink. Appropriate test scenarios are also presented, where experiments were conducted that show the existence of an increase in the security introduced by these schemes in a real scenario. In the course of implementation, a variation of both schemas was proposed, replacing the interleaver with a scrambler, and significantly better results were obtained. In this dissertation, the problems and difficulties inherent to the practical implementation and testing of a generic communication system on SDR platforms are also described. Particularly, as an example, a test automation process based on communication over UDP is proposed and implemented, which allows the synchronization of several computers operating SDR (which can model the transmitter and receiver systems), which can be applied to other Simulink models using the wiretap channel.With these results, it has been shown that the proposed schemes ensure a safe and reliable transmission. These may be an important complement to the security of communications, mainly on mobile devices, such as mobile phones (where proximity-based security is gaining traction) or low power devices from the Internet of Things, where typical cryptographic mechanisms may not be applicable.2017-07-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/10316/83388http://hdl.handle.net/10316/83388TID:202121690porMartins, Cesar Miguel dos Santosinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2020-02-06T10:32:36Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/83388Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:05:08.737457Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Implementação em plataformas SDR de esquemas de codificação para segurança na camada física baseados em códigos curtos e técnicas de interleaving
Implementation of Finite Length Interleaved Coding Schemes for Secrecy in SDR Platforms
title Implementação em plataformas SDR de esquemas de codificação para segurança na camada física baseados em códigos curtos e técnicas de interleaving
spellingShingle Implementação em plataformas SDR de esquemas de codificação para segurança na camada física baseados em códigos curtos e técnicas de interleaving
Martins, Cesar Miguel dos Santos
Segurança na camada física
Codificação de canal
Rádio definido por software
Matlab/Simulink
Implementação
Physical layer security
Channel coding
Software defined radio
Matlab/Simulink
Testbed implementation
title_short Implementação em plataformas SDR de esquemas de codificação para segurança na camada física baseados em códigos curtos e técnicas de interleaving
title_full Implementação em plataformas SDR de esquemas de codificação para segurança na camada física baseados em códigos curtos e técnicas de interleaving
title_fullStr Implementação em plataformas SDR de esquemas de codificação para segurança na camada física baseados em códigos curtos e técnicas de interleaving
title_full_unstemmed Implementação em plataformas SDR de esquemas de codificação para segurança na camada física baseados em códigos curtos e técnicas de interleaving
title_sort Implementação em plataformas SDR de esquemas de codificação para segurança na camada física baseados em códigos curtos e técnicas de interleaving
author Martins, Cesar Miguel dos Santos
author_facet Martins, Cesar Miguel dos Santos
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Martins, Cesar Miguel dos Santos
dc.subject.por.fl_str_mv Segurança na camada física
Codificação de canal
Rádio definido por software
Matlab/Simulink
Implementação
Physical layer security
Channel coding
Software defined radio
Matlab/Simulink
Testbed implementation
topic Segurança na camada física
Codificação de canal
Rádio definido por software
Matlab/Simulink
Implementação
Physical layer security
Channel coding
Software defined radio
Matlab/Simulink
Testbed implementation
description Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
publishDate 2017
dc.date.none.fl_str_mv 2017-07-28
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10316/83388
http://hdl.handle.net/10316/83388
TID:202121690
url http://hdl.handle.net/10316/83388
identifier_str_mv TID:202121690
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799133943059972096

Registros relacionados