Machine learning provides automated means to capture complex dynamics of wireless spectrum and support better understanding of spectrum resources and their efficient utilization. As communication systems become smarter with cognitive radio capabilities empowered by machine learning to perform critical tasks such as spectrum awareness and spectrum sharing, they also become susceptible to new vulnerabilities due to the attacks that target the machine learning applications. This paper identifies the emerging attack surface of adversarial machine learning and corresponding attacks launched against wireless communications in the context of 5G systems. The focus is on attacks against (i) spectrum sharing of 5G communications with incumbent users such as in the Citizens Broadband Radio Service (CBRS) band and (ii) physical layer authentication of 5G User Equipment (UE) to support network slicing. For the first attack, the adversary transmits during data transmission or spectrum sensing periods to manipulate the signal-level inputs to the deep learning classifier that is deployed at the Environmental Sensing Capability (ESC) to support the 5G system. For the second attack, the adversary spoofs wireless signals with the generative adversarial network (GAN) to infiltrate the physical layer authentication mechanism based on a deep learning classifier that is deployed at the 5G base station. Results indicate major vulnerabilities of 5G systems to adversarial machine learning. To sustain the 5G system operations in the presence of adversaries, a defense mechanism is presented to increase the uncertainty of the adversary in training the surrogate model used for launching its subsequent attacks.


翻译:机器学习提供了自动手段,以捕捉无线谱的复杂动态,支持更好地了解频谱资源及其有效利用。随着通信系统随着通过机器学习执行频谱意识和频谱共享等关键任务而获得的认知无线电能力的智能而变得更加聪明,它们也由于针对机器学习应用程序的攻击而面临新的脆弱性。本文件确定了对抗性机器学习的新攻击面,以及在5G系统背景下对无线通信发动的相应攻击。重点针对(一) 与(一) 公民宽带无线电服务(CBRS)波段等现有用户共享5G通信频谱,以及(二) 支持网络切换的5G用户设备(UE)物理层认证。在第一次攻击中,对手在数据传输或频谱遥感期间传输时,将信号级别投入用于向位于环境遥感能力(ESC)系统的深层次学习分类,以支持5G系统。在5G对等对立式无线电网络(GAN)中以深学习分类设备(UE)为基础,对物理层认证机制进行认证,以支持网络切换网络。在5G对等服务器基地部署的系统上,对5G系统使用的主要弱点显示。

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