Geração de chave na camada física para sistemas FDD baseado em aprendizagem profunda

dc.contributor.advisor-co1Osório, Diana Pamela Moya
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5374423182568583por
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-8858-9646por
dc.contributor.advisor1Galeti, Helder Vinicius Avanço
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3876752605313288por
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-5217-8367por
dc.contributor.authorSilva, Gustavo Marques da
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/0627821495231608por
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-8785-1902por
dc.date.accessioned2024-02-23T17:12:56Z
dc.date.available2024-02-23T17:12:56Z
dc.date.issued2023-08-28
dc.description.abstractThe advancement of telecommunications and the transition to the next generation of networks (6G) opens new challenges and opportunities. Security at the physical layer (PLS, Physical Layer Security) is crucial to ensure network reliability, especially considering the increasing computational power of potential attackers. Secret key generation at the physical layer is a PLS technique that offers the advantage of being less complex and resource-intensive, making it a significant enabler of security for systems with computational limitations, such as Internet of Things (IoT) devices, for example. However, in Frequency Division Duplexing (FDD) systems, which have uplink and downlink channels at different frequencies, the reciprocity required for reliable random key generation is not directly applicable due to the distinct characteristics of the channels. In this context, this work proposes the use of deep learning techniques to establish artificial reciprocity between communication channels in FDD systems. The work focuses on the construction and training of a neural network with four hidden layers, using an extensive dataset of uplink and downlink channel conditions under various scenarios. Based on this approach, a random key generation scheme is applied, and security aspects such as the Key Error Rate (KER) and Key Generation Ratio (KGR) are analyzed. The main contributions of the study are: i) the construction and training of the neural network for random key generation in FDD systems; ii) the analysis of network parameters to ensure robustness and generalization; iii) the evaluation of key security using metrics such as KER and KGR."eng
dc.description.resumoCom o avanço das telecomunicações e a transição para a próxima geração de redes (6G), novos desafios e oportunidades emergem à superfície. A segurança na camada física (PLS, do inglês physical layer security) é crucial para garantir a confiabilidade da rede, especialmente considerando o crescente poder computacional de possíveis invasores. A geração de chave secreta na camada física é uma técnica de PLS, que oferece a vantagem de ser menos complexa e demandar poucos recursos, tornando-se uma grande facilitadora da segurança para sistemas com limitações computacionais, como dispositivos da internet das coisas (IoT, do inglês internet of things), por exemplo. No entanto, em sistemas de duplexação por divisão de frequênicia (FDD, do inglês frequency division duplexing), que possuem canais de uplink e downlink em diferentes frequências, a reciprocidade necessária para a geração confiável de chaves aleatórias não é diretamente aplicável devido às características distintas dos canais. Neste contexto, este trabalho propõe a utilização de técnicas de aprendizagem profunda para estabelecer uma reciprocidade artificial entre os canais de comunicação em sistemas FDD. O trabalho concentra-se na construção e treinamento de uma rede neural de quatro camadas ocultas, utilizando um extenso conjunto de dados de condições dos canais de uplink e downlink sob diferentes cenários. A partir dessa aproximação, é aplicado um esquema de geração de chave aleatória e são analisados aspectos de segurança, como a taxa de erro de chave (KER, do inglês key error rate) e a razão de geração de chave (KGR, do inglês key generation ratio). As principais contribuições do estudo são: i) a construção e treinamento da rede neural para geração de chave aleatória em sistemas FDD; ii) a análise de parâmetros da rede para garantir robustez e generalização; iii) a avaliação da segurança das chaves geradas utilizando métricas como KER e KGR.por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.description.sponsorshipId19/14168-7por
dc.identifier.citationSILVA, Gustavo Marques da. Geração de chave na camada física para sistemas FDD baseado em aprendizagem profunda. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19463.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19463
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.publisher.courseEngenharia Elétrica - EEpor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectAprendizagem profundapor
dc.subjectDuplexação por divisão de frequênciapor
dc.subjectGeração de chave aleatória na camada físicapor
dc.subjectInteligência artificialpor
dc.subjectSegurança na camada físicapor
dc.subjectDeep learningeng
dc.subjectFrequency division duplexingeng
dc.subjectPhysical layer random key generationeng
dc.subjectArtificial intelligenceeng
dc.subjectPhysical layer securityeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOESpor
dc.titleGeração de chave na camada física para sistemas FDD baseado em aprendizagem profundapor
dc.title.alternativePhysical layer key generation for deep learning-based FDD systemseng
dc.typeTCCpor

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