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《西安邮电大学》 2019年
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协作频谱感知中基于二进制分析的合谋攻击防御算法研究

张曼  
【摘要】:随着无线通信技术的快速发展,频谱资源稀缺问题日益突出,有限的频谱资源已经不能满足大部分用户的需求,认知无线电(Cognitive radio,CR)技术的出现有效地缓解了这个问题。在认知无线电网络中通常使用多用户协作频谱感知技术来提高频谱检测的正确率。然而多用户协作的形式也引入了新的安全问题,恶意用户可以通过实施频谱感知数据伪造攻击(Spectrum Sensing Data Falsification Attack,SSDF攻击),向融合中心提交错误的感知数据来影响其决策过程,导致主用户的通信受到干扰或者其它认知用户无法有效使用空闲频谱资源。论文对协作频谱感知技术面临的合谋性SSDF攻击进行深入研究,挖掘认知用户在硬判决数据融合中以“0-1”方式提交感知数据的特点,设计出了基于二进制分析的合谋性SSDF攻击防御机制-XDA,论文的工作重点及创新点如下:(1)针对认知用户提交感知数据的二元特性,从二进制分析的角度引入XOR(异或)距离,衡量合谋攻击者之间的相似行为,根据其XOR距离小且信任值高的特点,进行抗合谋性SSDF攻击的XDA防御机制设计,并在信任评估过程中阻止合谋攻击者的信任值增长,从而提高了数据融合中心决策结果的准确性。(2)为了验证XDA防御机制对抗合谋性SSDF攻击的有效性,分别仿真了合谋攻击者在贝叶斯信任机制和XDA防御机制下的信任值变化以及产生的网络信任误差情况。仿真结果表明,XDA防御机制下合谋攻击者的信任值随着参与感知活动次数的增加不断衰减,很快低于阈值,并且产生了较小的网络信任误差。(3)引入XDA防御机制对“AND”、“OR”、“Majority”等传统硬判决准则进行信任加权改进,形成了抗合谋性SSDF攻击的硬判决数据融合算法,并给出了算法的具体实现流程。从检测概率和虚警概率的角度,仿真分析了XDA防御机制改进“AND”、“OR”、“Majority”硬判决准则后的ROC工作特性曲线图,以及合谋SSDF攻击者在硬判决数据融合算法中的攻击成功率。最后,通过仿真结果的综合分析表明,XDA防御机制能使得硬判决数据融合算法具有较好的抗合谋性SSDF攻击特性。
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