基于物理层安全的Ad Hoc网络端到端保密传输机制研究

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基本信息

  • 批准号：
    61802292
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    徐扬
  • 依托单位：
    西安电子科技大学
  • 学科分类：
    F0205.网络与系统安全
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Ad Hoc networks are important component of Mobile Internet and IoT. Since they are self-organized without central infrastructure and the data delivery is implemented by multi-hop relaying, it is hard for traditional cryptography methods to guarantee the secrecy transmission in Ad Hoc networks. Physical layer security can overcome the shortcomings of cryptography, has the advantage of low computational complexity and can be easily implemented in a distributed manner without secret key, thus it has been attracting lots of attentions. This project focuses on the study of physical layer security-based end-to-end (E2E) secrecy transmission mechanism in Ad Hoc networks. By exploring the essential relationships between the multi-dimensional attributes of eavesdroppers and jammers, channel propagation, data forwarding protocols and E2E transmission, we construct the E2E secrecy transmission model. Based on this, we evaluate the performance of transmission security, connection outage and secrecy capacity, determining the key factors that affect E2E secrecy transmission. By integrating routing strategies on the network layer, we further study the design methods for E2E secrecy transmission. Aiming to satisfy the various requirements of practical applications, we explore the highly efficient E2E secrecy transmission with physical layer security techniques. This project provides theoretical and experimental basis for the design of E2E secrecy transmission mechanisms in Ad Hoc networks.
Ad Hoc网络是移动互联网、物联网的重要组成部分。由于其无中心自组织、数据交换需经多跳转发进行，传统密码学方法难以满足Ad Hoc网络保密传输需求。物理层安全技术可进行分布式、低运算量的无密钥安全通信，弥补密码学方法的不足，已引起了广泛关注。本项目聚焦基于物理层安全的Ad Hoc网络端到端保密传输机制研究。从构建端到端保密传输模型入手，揭示窃听者多维属性、干扰者多维属性、信道传播模型、数据转发协议等与端到端传输的本质关系，并在此基础上评估传输的安全中断、连接中断和安全容量性能等，确定影响端到端保密传输的关键要素。进一步，结合网络层路由策略，研究端到端的保密传输设计方法。针对不同业务需求差异大的实际情况，基于物理层安全研究高效高质的端到端保密传输。本项目为Ad Hoc网络的端到端保密传输机制设计提供了理论和实验基础。

结项摘要

无线自组织（Ad Hoc）网络与社会行业领域深度融合，是国家新型信息基础设施的重要组成部分。本项目以解决Ad Hoc网络安全的实际挑战为出发点，以物理层安全技术为基础，安全路由的设计与优化为主线，提供轻量级的端到端信息保密传输解决方案。本项目按照预定计划对基于物理层安全的Ad Hoc网络端到端保密传输机制进行了深入的探索与研究，并按时、按量甚至大幅度超额完成研究计划中的预期研究成果。在该项目受资助期间，共发表国际会议和期刊论文19篇，包括IEEE TWC， IEEE TIFS，IEEE IoT Journal，IEEE INFOCOM为代表的中科院1区期刊与CCF A类会议论文9篇，相关研究成果获得了领域内的广泛认可。. 项目的主要研究成果包括：首先，分析了Ad Hoc网络端到端无线信道的窃听模型和干扰模型，建立了完备的窃听信道安全容量理论，量化了网络物理层安全性能，作为后续研究工作的理论基石。其次，针对两跳网络场景，设计并优化了物理层协作安全传输策略，开发了基于通信模式选择、协作干扰、频谱分配、功率控制及链路调度的物理层安全容量优化及提升技术。在此基础上，针对多跳网络场景，分析了多种数据转发协议下的路径保密中断概率和连接中断概率，提出了可灵活调控保密性和可靠性的路由算法。更进一步，揭示了传输保密性与可靠性、吞吐量、时延、能效等网络性能指标之间的内在折中关系，设计了可实现保密传输与通信服务质量灵活折中的路由策略。最后，考虑网络资源受限的约束，提出了基于奖励机制的轻量级安全路由算法，该算法具备稳定、分布式、个体理性和计算高效特性，满足了Ad Hoc网络端到端保密传输的实际需求。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（6）
专利数量（2）
Exploiting interactions among signals to decode interfering transmissions with fewer receiving antennas
利用信号之间的相互作用以更少的接收天线解码干扰传输
  • DOI：
    10.1016/j.comcom.2018.12.008
  • 发表时间：
    2019-02
  • 期刊：
    Computer Communications
  • 影响因子：
    6
  • 作者：
    Zhao Li;Jiamin Ding;Xiaoqin Dai;Kang G. Shin;Jia Liu
  • 通讯作者：
    Jia Liu
Resource Allocation for Performance Enhancement in Mobile Ad Hoc Networks
移动自组织网络中用于增强性能的资源分配
  • DOI：
    10.1109/access.2019.2921075
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    IEEE Access
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Jia Liu;Yang Xu;Zhao Li
  • 通讯作者：
    Zhao Li
Buffer Space Management in Intermittently Connected Internet of Things: Sharing or Allocation?
间歇连接物联网中的缓冲区空间管理：共享还是分配？
  • DOI：
    10.1109/jiot.2021.3128523
  • 发表时间：
    2022-07
  • 期刊：
    IEEE Internet of Things Journal
  • 影响因子：
    10.6
  • 作者：
    Jia Liu;Yang Xu;Yulong Shen;Hiroki Takakura;Xiaohong Jiang;Tarik Taleb
  • 通讯作者：
    Tarik Taleb
Adaptive proportional fair scheduling with global-fairness
具有全局公平性的自适应比例公平调度
  • DOI：
    10.1007/s11276-019-02108-1
  • 发表时间：
    2019-08
  • 期刊：
    Wireless Networks
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Zhao Li;Yujiao Bai;Jia Liu;Jie Chen;Zhixian Chang
  • 通讯作者：
    Zhixian Chang
Interference Steering to Manage Interference in IoT
用于管理物联网干扰的干扰引导
  • DOI：
    10.1109/jiot.2019.2939255
  • 发表时间：
    2019-12
  • 期刊：
    IEEE Internet of Things Journal
  • 影响因子：
    10.6
  • 作者：
    Zhao Li;Jiamin Ding;Xiaoqin Dai;Kang G. Shin;Jia Liu
  • 通讯作者：
    Jia Liu

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其他文献

干旱胁迫和低氮对花生根际土壤细菌群落结构和多样性的影响
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    10.14001/j.issn.1002-4093.2021.03.002
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    张智猛
蛋白激酶C-δ在细胞凋亡中的作用及其分子机制
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    10.13865/j.cnki.cjbmb.2016.07.04
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  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 发表时间：
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    徐扬
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基于格值命题逻辑系统LP(X)的多元α-归结原理的注记
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  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    计算机科学
  • 影响因子：
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  • 作者：
    刘熠;徐扬;贾海瑞
  • 通讯作者：
    贾海瑞

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物理层安全保障的天地一体网络信息传输理论与技术
  • 批准号：
    62372361
  • 批准年份：
    2023
  • 资助金额：
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  • 项目类别：
    面上项目

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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