大規(guī)模MIMO將帶來更多無線信道，但也使無線信道易受攻擊

插圖來源：Berk Akgun

隨著無線通信系統(tǒng)必須滿足越來越多的數(shù)據(jù)傳輸需求，用以確保把數(shù)據(jù)傳輸給正確的用戶的協(xié)議的不足，會(huì)使系統(tǒng)易受到攻擊。

亞利桑那大學(xué)的Berk Akgun及其同事最近發(fā)表在IEEE Transactions on Information Forensics and Security上的一篇論文探討了這種類型的攻擊。他們發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，當(dāng)使用大規(guī)模多入多出技術(shù)（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸速率可能會(huì)下降50％以上。大規(guī)模MIMO被認(rèn)為是5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵支持技術(shù)之一。

MIMO是無線通信中已被確立起來的技術(shù)，利用該技術(shù)兩個(gè)或更多個(gè)發(fā)射器和接收器同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。但隨著基站向大規(guī)模MIMO過渡，基站會(huì)配備上越來越多的天線來傳輸信號(hào)，而這些信號(hào)更容易相互干擾。為了解決這個(gè)問題，稱為導(dǎo)頻的較小的周期性信號(hào)被分配給每個(gè)用戶并從每個(gè)用戶處發(fā)出，這確保了數(shù)據(jù)被傳送給正確的人。

這種方法的一個(gè)主要限制是可用的導(dǎo)頻數(shù)量有限。隨著每個(gè)基站的通信信道數(shù)量持續(xù)增長，這一限制變得尤為突出。有時(shí)，必須為多個(gè)用戶分配相同的導(dǎo)頻序列，這會(huì)干擾正確的數(shù)據(jù)傳輸并導(dǎo)致較差的系統(tǒng)性能。這稱為導(dǎo)頻污染。但是，攻擊者也可以利用這種污染來故意干擾數(shù)據(jù)傳輸。

Akgun解釋說：“攻擊者可以生成與合法用戶的導(dǎo)頻序列完全相同的導(dǎo)頻序列，并與這些用戶一起發(fā)送這些序列，來扭曲基站的信道估計(jì)。”這種策略最終降低了用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率。

在這篇論文中，Akgun及其合作者探討了攻擊者可以在不同條件下使用的導(dǎo)頻污染策略。他們的研究結(jié)果表明，當(dāng)攻擊者離基站很近（在300米或更近的距離內(nèi)）時(shí)，他或她足以利用自己的導(dǎo)頻使大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的總傳輸速率下降50％以上。不幸的是，他們的結(jié)果還表明攻擊者可以在距離基站更遠(yuǎn)時(shí)也能使數(shù)據(jù)傳輸速率下降。

如果攻擊者知道某些用戶的位置，攻擊也會(huì)變得更加嚴(yán)重?！肮粽哂靡晕廴竞戏ㄓ脩舻膶?dǎo)頻傳輸?shù)墓β暑A(yù)算有限，”Akgun解釋說，“如果攻擊者知道用的戶位置，那么就會(huì)更多地去扭曲這些用戶的導(dǎo)頻傳輸。通過這種方式，攻擊者可以提高其攻擊對整體系統(tǒng)性能的影響?！?/p>

如果攻擊者的導(dǎo)頻信號(hào)足夠強(qiáng)，能威脅到無線通信的隱私，那么導(dǎo)頻污染也可以被用于將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)取走。研究人員研究了在不同條件下這種策略可以被最大化到什么程度，他們發(fā)現(xiàn)攻擊者離基站越近，數(shù)據(jù)傳輸明顯越容易受到攻擊。

總之，這篇論文強(qiáng)調(diào)了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的易受攻擊性以及對用于確保通過這些系統(tǒng)建立的通信信道的安全的新協(xié)議的需求。

Berk Akgun等發(fā)表的文章的訪問地址：https://ieeexplore.ieee.org/document/8501977。