Semantic communication allows the receiver to know the intention instead of the bit information itself, which is an emerging technique to support real-time human-machine and machine-to-machine interactions for future wireless communications. In semantic communications, both transmitter and receiver share some common knowledge, which can be used to extract small-size information at the transmitter and recover the original information at the receiver. Due to different design purposes, security issues in semantic communications have two unique features compared to standard bit-wise communications. First, an attacker in semantic communications considers not only the amount of stolen data but also the meanings of stolen data. Second, an attacker in semantic communication systems can attack not only semantic information transmission as done in standard communication systems but also attacks machine learning (ML) models used for semantic information extraction since most of semantic information is generated using ML based methods. Due to these unique features, in this paper, we present an overview on the fundamentals and key challenges in the design of secure semantic communication. We first provide various methods to define and extract semantic information. Then, we focus on secure semantic communication techniques in two areas: information security and semantic ML model security. For each area, we identify the main problems and challenges. Then, we will provide a comprehensive treatment of these problems. In a nutshell,this article provides a holistic set of guidelines on how to design secure semantic communication systems over real-world wireless communication networks.


翻译:语义通信使接收者能够知道意图而不是比特信息本身,这是支持未来无线通信实时人机和机器对机器互动的一种新兴技术。在语义通信中,发报机和接收机共享一些共同的知识,这些知识可用于在发报机中提取小量信息,并在接收机中恢复原始信息。由于不同的设计目的,语义通信中的安全问题具有两个独特的特点,与标准的比特语通信相比,语义通信中的安全问题具有两个独特的特点。首先,语义通信中的攻击者不仅考虑被窃数据的数量,而且还考虑被窃数据的含义。第二,语义通信系统中的攻击者不仅可以像标准通信系统那样攻击语义信息传输,而且还可以攻击用于语义信息提取的机器学习模型。由于大多数语义信息是使用基于 ML 的方法生成的,因此,语义通信中的安全问题与坚固性通信设计中的关键挑战。我们首先提供各种方法来定义和提取语义信息。然后,我们侧重于安全性网络设计两个领域的安全性设计方法。

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