Covert communication, a sub-field of information security, is focused on hiding the mere existence of communication from unwanted listeners via the physical layer, i.e., via signal and noise characteristics, rather than assuming coding or secure protocols at the higher layers. In this work, we consider the problem of perfect covert communication in wireless networks. Specifically, harnessing an Intelligent Reflecting Surface (IRS), we turn our attention to schemes which allow the transmitter to completely hide the communication, with zero energy at the unwanted listener (Willie) and hence zero probability of detection. Applications of such schemes go beyond simple covertness, as we prevent detectability or decoding even when the codebook, timings and channel characteristics are known to Willie. That is, perfect covertness also ensures Willie is unable to decode, even assuming communication took place and knowing the codebook. We define perfect covertness, give a necessary and sufficient condition for it in IRS-assisted communication and define the optimization problem. For $N=2$ IRS elements we compute the probability of finding a solution and give the solution analytically. For $N>2$, we also analytically compute the probability of such a zero-detection solution, and show that it tends to $1$ as the number of IRS elements increases. We provide a perfectly covert scheme achieving it and prove its convergence. The results are also supported by simulation results, showing that a small amount of IRS elements allows for a positive rate at the legitimate user yet with zero probability of detection at an unwanted listener.


翻译:秘密通信是信息安全的一个子领域,其重点是掩盖仅仅存在通过物理层,即通过信号和噪音特性,从不需要的听众那里通过不想要的听众获得通信的存在,而不是通过信号和噪音特性,而不是假设在较高层的编码或安全协议。在这项工作中,我们考虑到无线网络中完全秘密通信的问题。具体地说,利用智能反射表面,我们把注意力转向使发送器完全隐藏通信的计划,不需要的听众(Willie)的能量为零,因此检测的概率为零。这种计划的应用超出了简单的隐蔽性,因为我们甚至在威利知道代码、时间和频道特性时,也防止了可探测性或解码的概率。这就是说,完美的隐蔽性也确保了威利无法在无线网络中解码,甚至假设通信已经发生,并了解代码。我们定义了完全隐蔽的隐蔽性,在IRS协助的通信中为它提供了必要和充分的条件,并界定了最优化的问题。对于$=2的IRS元素,我们理解找到找到解决办法的可能性,并给出解析的答案。对于 $2的精确地显示其精确的概率,我们还显示一个精确的精确的精确的精确的数值。

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