Geração de chave na camada física para sistemas FDD baseado em aprendizagem profunda
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19463 |
Resumo: | The advancement of telecommunications and the transition to the next generation of networks (6G) opens new challenges and opportunities. Security at the physical layer (PLS, Physical Layer Security) is crucial to ensure network reliability, especially considering the increasing computational power of potential attackers. Secret key generation at the physical layer is a PLS technique that offers the advantage of being less complex and resource-intensive, making it a significant enabler of security for systems with computational limitations, such as Internet of Things (IoT) devices, for example. However, in Frequency Division Duplexing (FDD) systems, which have uplink and downlink channels at different frequencies, the reciprocity required for reliable random key generation is not directly applicable due to the distinct characteristics of the channels. In this context, this work proposes the use of deep learning techniques to establish artificial reciprocity between communication channels in FDD systems. The work focuses on the construction and training of a neural network with four hidden layers, using an extensive dataset of uplink and downlink channel conditions under various scenarios. Based on this approach, a random key generation scheme is applied, and security aspects such as the Key Error Rate (KER) and Key Generation Ratio (KGR) are analyzed. The main contributions of the study are: i) the construction and training of the neural network for random key generation in FDD systems; ii) the analysis of network parameters to ensure robustness and generalization; iii) the evaluation of key security using metrics such as KER and KGR." |
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Silva, Gustavo Marques daGaleti, Helder Vinicius Avançohttp://lattes.cnpq.br/3876752605313288Osório, Diana Pamela Moyahttp://lattes.cnpq.br/5374423182568583http://lattes.cnpq.br/0627821495231608https://orcid.org/0000-0002-8785-1902https://orcid.org/0000-0002-5217-8367https://orcid.org/0000-0001-8858-96462024-02-23T17:12:56Z2024-02-23T17:12:56Z2023-08-28SILVA, Gustavo Marques da. Geração de chave na camada física para sistemas FDD baseado em aprendizagem profunda. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19463.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19463The advancement of telecommunications and the transition to the next generation of networks (6G) opens new challenges and opportunities. Security at the physical layer (PLS, Physical Layer Security) is crucial to ensure network reliability, especially considering the increasing computational power of potential attackers. Secret key generation at the physical layer is a PLS technique that offers the advantage of being less complex and resource-intensive, making it a significant enabler of security for systems with computational limitations, such as Internet of Things (IoT) devices, for example. However, in Frequency Division Duplexing (FDD) systems, which have uplink and downlink channels at different frequencies, the reciprocity required for reliable random key generation is not directly applicable due to the distinct characteristics of the channels. In this context, this work proposes the use of deep learning techniques to establish artificial reciprocity between communication channels in FDD systems. The work focuses on the construction and training of a neural network with four hidden layers, using an extensive dataset of uplink and downlink channel conditions under various scenarios. Based on this approach, a random key generation scheme is applied, and security aspects such as the Key Error Rate (KER) and Key Generation Ratio (KGR) are analyzed. The main contributions of the study are: i) the construction and training of the neural network for random key generation in FDD systems; ii) the analysis of network parameters to ensure robustness and generalization; iii) the evaluation of key security using metrics such as KER and KGR."Com o avanço das telecomunicações e a transição para a próxima geração de redes (6G), novos desafios e oportunidades emergem à superfície. A segurança na camada física (PLS, do inglês physical layer security) é crucial para garantir a confiabilidade da rede, especialmente considerando o crescente poder computacional de possíveis invasores. A geração de chave secreta na camada física é uma técnica de PLS, que oferece a vantagem de ser menos complexa e demandar poucos recursos, tornando-se uma grande facilitadora da segurança para sistemas com limitações computacionais, como dispositivos da internet das coisas (IoT, do inglês internet of things), por exemplo. No entanto, em sistemas de duplexação por divisão de frequênicia (FDD, do inglês frequency division duplexing), que possuem canais de uplink e downlink em diferentes frequências, a reciprocidade necessária para a geração confiável de chaves aleatórias não é diretamente aplicável devido às características distintas dos canais. Neste contexto, este trabalho propõe a utilização de técnicas de aprendizagem profunda para estabelecer uma reciprocidade artificial entre os canais de comunicação em sistemas FDD. O trabalho concentra-se na construção e treinamento de uma rede neural de quatro camadas ocultas, utilizando um extenso conjunto de dados de condições dos canais de uplink e downlink sob diferentes cenários. A partir dessa aproximação, é aplicado um esquema de geração de chave aleatória e são analisados aspectos de segurança, como a taxa de erro de chave (KER, do inglês key error rate) e a razão de geração de chave (KGR, do inglês key generation ratio). As principais contribuições do estudo são: i) a construção e treinamento da rede neural para geração de chave aleatória em sistemas FDD; ii) a análise de parâmetros da rede para garantir robustez e generalização; iii) a avaliação da segurança das chaves geradas utilizando métricas como KER e KGR.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)19/14168-7porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia Elétrica - EEUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAprendizagem profundaDuplexação por divisão de frequênciaGeração de chave aleatória na camada físicaInteligência artificialSegurança na camada físicaDeep learningFrequency division duplexingPhysical layer random key generationArtificial intelligencePhysical layer securityCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOESGeração de chave na camada física para sistemas FDD baseado em aprendizagem profundaPhysical layer key generation for deep learning-based FDD systemsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTCC Final Corrigido - Gustavo Marques da Silva.pdfTCC Final Corrigido - Gustavo Marques da Silva.pdfArquivo TCC finalapplication/pdf540443https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19463/1/TCC%20Final%20Corrigido%20-%20Gustavo%20Marques%20da%20Silva.pdfd4caec9e87d29880884c539d951dad0fMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19463/2/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52TEXTTCC Final Corrigido - Gustavo Marques da Silva.pdf.txtTCC Final Corrigido - Gustavo Marques da Silva.pdf.txtExtracted texttext/plain54857https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19463/3/TCC%20Final%20Corrigido%20-%20Gustavo%20Marques%20da%20Silva.pdf.txt43f9d9bfc77efbef812254a879a59f33MD53ufscar/194632024-05-14 17:10:16.263oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/19463Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T17:10:16Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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