Sensing-Assisted Eavesdropper Estimation: An ISAC Breakthrough in Physical Layer Security

物理层 计算机科学 计算机安全 计算机网络 图层(电子) 无线 电信 有机化学 化学
作者
Nanchi Su,Fan Liu,Christos Masouros
出处
期刊:IEEE Transactions on Wireless Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (4): 3162-3174 被引量:21
标识
DOI:10.1109/twc.2023.3306029
摘要

In this paper, we investigate the sensing-aided physical layer security (PLS) towards Integrated Sensing and Communication (ISAC) systems. A well-known limitation of PLS is the need to have information about potential eavesdroppers (Eves). The sensing functionality of ISAC offers an enabling role here, by estimating the directions of potential Eves to inform PLS. In our approach, the ISAC base station (BS) firstly emits an omnidirectional waveform to search for potential Eves' directions by employing the combined Capon and approximate maximum likelihood (CAML) technique. Using the resulting information about potential Eves, we formulate secrecy rate expressions, which is a function of the Eves' estimation accuracy. We then formulate a weighted optimization problem to simultaneously maximize the secrecy rate with the aid of the artificial noise (AN), and minimize the Cramér-Rao Bound (CRB) of targets'/Eves' estimation. By taking the possible estimation errors into account, we enforce a beampattern constraint with a wide main beam covering all possible directions of Eves. This implicates that security needs to be enforced in all these directions. By improving estimation accuracy, the sensing and security functionalities provide mutual benefits, resulting in improvement of the mutual performances with every iteration of the optimization, until convergence. Our results avail of these mutual benefits and reveal the usefulness of sensing as an enabler for practical PLS.

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