Security against eavesdropping is one of the key concerns in the design of any communication system. Many common considerations of the security of a wireless communication channel rely on comparing the signal level measured by Bob (the intended receiver) to that accessible to Eve (an eavesdropper). Frameworks such as Wyner's wiretap model ensure the security of a link, in an average sense, when Bob's signal-to-noise ratio exceeds Eve's. Unfortunately, because these guarantees rely on statistical assumptions about noise, Eve can still occasionally succeed in decoding information. The goal of achieving exactly zero probability of intercept over an engineered region of the broadcast sector, which we term absolute security, remains elusive. Here, we describe the first architecture for a wireless link which provides absolute security. Our approach relies on the inherent properties of broadband and high-gain antennas, and is therefore ideally suited for implementation in millimeter-wave and terahertz wireless systems, where such antennas will generally be employed. We exploit spatial minima of the antenna pattern at different frequencies, the union of which defines a wide region where Eve is guaranteed to fail regardless of her computational capabilities, and regardless of the noise in the channels. Unlike conventional zero-forcing beam forming methods, we show that, for realistic assumptions about the antenna configuration and power budget, this absolute security guarantee can be achieved over most possible eavesdropper locations. Since we use relatively simple frequency-multiplexed coding, together with the underlying physics of a diffracting aperture, this idea is broadly applicable in many contexts.


翻译:反对窃听的安全是设计任何通信系统的主要关切之一。对于无线通信频道的安全,许多共同的考虑都依赖于将鲍勃(预定接收器)测量的信号水平与夏娃(一个窃听器)可以访问的信号水平进行比较。Wyner的监听模型等框架在平均意义上确保连接的安全,而当鲍勃的信号对音频比率超过夏娃时,通常情况下,当鲍伯的信号对音频比超过夏娃。不幸的是,由于这些保证依赖于关于噪音的统计假设,夏娃仍然可以偶尔地成功地解码信息。在广播部门设计的区域(我们称之为绝对安全)实现截取准确的零概率的目标仍然难以实现。在这里,我们描述无线链接的第一个架构提供了绝对安全。我们的方法依赖于宽带和高额天线的固有特性,因此非常适合使用毫米波和地铁无线系统,通常可以使用简单的天线。我们在不同频率上利用许多天线模式的空间缩略图。我们把一个宽的EVE区定位定义为一个可应用的准确度区域,不管其计算能力如何计算,我们如何计算,我们如何使用这种精确地展示,我们所实现的轨道上最接近的轨道,因此,我们所实现了一个最接近的轨道上的安全空间。

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