• 한국통신학회논문지
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• 제38A권8호
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• pp.733-738
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• 2013

본 논문에서는 증폭후전송 (amplify-and-forward, AF) 기반의 중계 전송 시스템에서 통신 정보를 도청하는 도청자가 존재하는 환경인 와이어탭 채널 (wiretap channel)에서의 물리 계층 보안에 대한 분석을 한다. 와이어탭 채널 환경에서 원천 노드, 목적지 노드, 중계 노드, 도청 노드가 각각 한 개씩 존재한다고 가정하며, 특히 중계 노드는 다수의 안테나를 가지고 있는 시스템을 고려한다. 중계 노드에서는 AF 전송시에 다이버시티 (diversity) 이득을 취하기 위한 안테나 선택 기법을 적용하였다. 구체적으로, 중계 노드에서 데이터 수 송신시 신호대잡음비를 최대화 할 수 있는 안테나를 선택하여 동작한다. 보다 실질적인 환경을 고려하기 위하여 중계 노드에서 목적지 노드로 전송할 때 도청 노드에 대한 채널 정보는 없는 환경을 고려하였다. 제안된 시스템의 보안 성능 분석을 위하여 보안 불통 확률 (secrecy outage probability)를 한 개의 적분 형태로 구하였으며, 시뮬레이션 결과를 통하여 해당 성능 분석이 올바름을 보인다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.301-307
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• 2015

본 논문에서는 공간적 상관관계를 갖는 MIMO(multiple-input multiple-output) 채널을 가정하여 도청자가 존재하는 환경인 와이어탭(wiretap) 채널을 고려한다. 이 때, 각 노드에서 안테나의 교차 편파를 가정하여 1-비트 피드백을 이용하는 직교 시공간 블록 코드(OSTBC: orthogonal space-time block code)의 물리계층 보안 성능을 분석한다. 본 논문에서는 1-비트 피드백을 이용하여 OSTBC(O-OSTBC: one-bit feedback-based OSTBC) 전송을 위한 송신안테나 그룹을 선택하는 방법을 제시하고, 다양한 송신안테나 그룹핑 방법들에 대하여 보안 불통 확률(secrecy outage probability)을 비교한다. 특히, 높은 공간적 상관관계를 갖는 MIMO 채널에서 O-OSTBC와 기존의 OSTBC와의 보안 불통 확률의 성능을 비교하여 효율적인 송신안테나 그룹핑 방법을 제안한다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제17권9호
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• pp.2399-2418
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• 2023

The paper focuses on investigating secure transmission in wireless powered communication networks (WPCN) that involve multiple energy-constrained relays and one energy-constrained source. The energy is harvested from a power beacon (PB) while operating in the presence of a passive eavesdropper. The study primarily aims to achieve energy-efficient secure communications by examining the impact of channel estimation on the secrecy performance of WPCN under both perfect and imperfect CSI scenarios. To obtain practical insights on improving security and energy efficiency, we propose closed-form expressions for secrecy outage probability (SOP) under the linear energy harvesting (LEH) model of WPCN. Furthermore, we suggest a search method to optimize the secure energy efficiency (SEE) with limited power from PB. The research emphasizes the significance of channel estimation in maintaining the desired performance levels in WPCN in real-world applications. The theoretical results are validated through simulations to ensure their accuracy and reliability.

• 전자공학회논문지
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• 제53권4호
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• pp.79-86
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• 2016

물리계층보안은 신호의 물리적 특성을 이용하여 정보를 보호하는 보안 기법이다. 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이지만 해결해야할 다음과 같은 문제점들이 존재한다. 도청자는 자신의 존재를 숨기기 위해서 자신의 채널상태정보를 다른 합법적인 노드와 공유하지는 않는다. 그리고 노드가 신호를 전송할 때 하드웨어 왜곡이 발생하지만 많은 연구들은 노드 모델들이 이상적인 것으로 가정을 하고, 하드웨어 왜곡문제를 고려하지 않고 있다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 논문의 주요한 특징 및 기여도는 다음과 같다. 첫째, 도청자의 채널상태정보를 얻기 위해서 조력자노드를 합법적인 노드주변에 설치하고, 조력자노드의 채널상태정보를 이용하여 노드모델에서 하드웨어 왜곡을 고려한다. 둘째, 제안된 시스템 모델의 인터셉트 확률에 대한 Closed-Form Expression을 제시한다. 제안된 시스템의 성능평가를 위해서 다양한 시뮬레이션를 통하여 제안된 시스템 모델의 물리계층보안에 미치는 영향을 알아본 결과, 불완전한 채널상태정보는 인터셉트 확률에는 영향을 미치지 못한 반면에, 불완전한 노드모델의 경우, 인터셉트 확률, 에르고딕 시크리스 용량과 보안채널용량에 영향을 준다는 것을 보여준다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제14권6호
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• pp.2649-2669
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• 2020

In this paper, we analyze the secrecy performance of single-input multiple-output (SIMO) relay systems over κ-μ shadowed fading channels. Based on considering relay model employing decode-and-forward (DF) protocol, two security evaluation metrics, namely, secure outage probability (SOP) and probability of strictly positive secrecy capacity (SPSC) are studied, for which closed-form analytical expressions are derived. In addition, Monte Carlo results prove the validity of the theoretical derivation. The simulation results confirm that the factors that enhance the security include large ratio of (μ_D, μ_E), (m_D, m_E), (L_D, L_E) and small ratio of (k_D, k_E) under the high signal-to-noise ratio regime.

• ETRI Journal
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• 제38권5호
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• pp.934-940
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• 2016

In this paper, secure multicasting with the help of cooperative decode-and-forward relays is considered for the case in which a source securely sends a common message to multiple destinations in the presence of a single eavesdropper. We show that the secrecy rate maximization problem in the secure multicasting scenario under an overall power constraint can be solved using semidefinite programing with semidefinite relaxation and a bisection technique. Further, a suboptimal approach using zero-forcing beamforming and linear programming based power allocation is also proposed. Numerical results illustrate the secrecy rates achieved by the proposed schemes under secure multicasting scenarios.

• ETRI Journal
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• 제40권6호
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• pp.714-725
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• 2018

Destination-assisted jamming (DAJ) is usually used to protect confidential information against untrusted relays and eavesdroppers in wireless networks. In this paper, a DAJ-based untrusted relay network with multiple antennas installed is presented. To increase the secrecy, a joint optimization of beamforming and power allocation at the source and destination is studied. A matched-filter precoder is introduced to maximize the cooperative jamming signal by directing cooperative jamming signals toward untrusted relays. Then, based on generalized singular-value decomposition (GSVD), a novel transmitted precoder for confidential signals is devised to align the signal into the subspace corresponding to the confidential transmission channel. To decouple the precoder design and optimal power allocation, an iterative algorithm is proposed to jointly optimize the above parameters. Numerical results validate the effectiveness of the proposed scheme. Compared with other schemes, the proposed scheme shows significant improvement in terms of security performance.

• ETRI Journal
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• 제36권1호
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• pp.183-186
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• 2014

In this letter, we consider a cooperation system with multiple untrusted relays (URs). To keep the transmitted information confidential, we obtain joint channel characteristics (JCCs) through combining the channels from the source to the destination. Then, in the null space of the JCCs, jammers construct artificial noise to confuse URs when the source node broadcasts its data. Through a distributed implementation algorithm, the weight of each node can be obtained from its own channel state information. Simulation results show that high-level security of the system can be achieved when internal and external eavesdroppers coexist.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제9권3호
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• pp.1057-1073
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• 2015

In this paper, we consider cooperative D2D communications in cellular networks. More precisely, a cellular user leases part of its spectrum to facilitate the D2D communication with a goal of improving the energy efficiency of a D2D pair. However the D2D pair is untrusted to the cellular user, such resource sharing may result in the information of this cellular user unsecured. In order to motivate the cellular user's generosity, this D2D pair needs to help the cellular user maintain a target secrecy rate. To address this issue, we formulate a joint spectrum and power allocation problem to maximize the energy efficiency of the D2D communication while guaranteeing the physical layer security of the cellular user. Then, a theorem is proved to indicate the best resource allocation strategy, and accordingly, an algorithm is proposed to find the best solution to this resource allocation problem. Numerical results are finally presented to verify the validity and effectiveness of the proposed algorithm.

• Journal of Communications and Networks
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• 제15권5호
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• pp.457-463
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• 2013

In recent days, cooperative diversity and communication security become important research issues for wireless communications. In this paper, to achieve low probability of interception (LPI) and high throughput in the cooperative single-carrier frequency division multiple access (SC-FDMA) system, a new physical layer transmission scheme is proposed, where a new encryption algorithm is applied and adaptive modulation is further considered based on channel state information (CSI). By doing so, neither relay node nor eavesdropper can intercept the information signals transmitted from user terminal (UT). Simulation results show above new physical layer transmission scheme brings in high transmission safety and secrecy rate. Furthermore, by applying adaptive modulation and coding (AMC) technique according to CSI, transmission throughput can be increased significantly. Additionally, low peak-to-average power ratio (PAPR) characteristic can still be remained due to the uniform distribution of random coefficients used for encryption algorithm.