无线网络物理层安全综述：关键少PLS方法及物联网应用"

工程科学与技术，国际期刊35（2022）101260审查无线网络无密钥物理层安全研究综述Megha. S. 库马尔河Ramanathan，M.贾古玛电子和通信工程系，工程学院，Coimbatore，Amrita Vishwa Vidyapeetham，印度阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2021年2022年7月28日修订2022年9月7日接受2022年9月23日网上发售保留字：物理层安全无钥匙安全信道编码波束形成人工噪声无线通信A B S T R A C T物理层安全（PLS）已成为保证无线网络安全的核心概念。这篇论文的主要目标是提供一个系统的分类的关键少计划。我们已经分类的关键少PLS码，信道自适应和人工噪声（AN）为基础的方法，并进行了调查，在文献中采用的各种方案的关键少的方法。此外，我们还提供了每种技术的优点、观察结果和未来的发展方向。物联网（IoT）的工业4.0革命将统治下一个无线时代，其有前途的智能家居，智能医疗保健，智能零售等等。因此，我们提供了一个讨论的应用关键PLS在物联网。此外，我们还讨论了两个新兴的领域，可用于增强PLS，如智能反射表面（IRS）和人工智能（AI）。我们还提供了物联网应用场景中存在的一些安全挑战。我们还提出了开放的研究挑战和未来的方向，在该地区的关键PLS。©2022 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。内容1.介绍12.无键PLS的方法。.................................................................................................................................................................................................................................................32.1.实现无键PLS 32.1.1.信道编码32.1.2.通道适配42.1.3.人工噪音62.2.增强无键PLS 72.2.1.智能反射面和物理层安全72.2.2.人工智能和物理层安全93.PLS在IoT 94.开放研究挑战未来方向5.结论13竞争利益声明鸣谢13参考文献131. 介绍无线介质由于其广播性质而将信息暴露于若干被动和主动攻击。传统的密码技术，如Diffie Hellman密钥交换[1]，离散对数[2]等，涉及复杂的*通讯作者。电子邮件地址：r_ramanathan@cb.amrita.edu（R. Ramanathan）。数学计算，对手可能无法轻松执行，因为破解密码所需的时间可能远远高于数据有效性。然而，在未来，由于量子计算机的发展，这种方案提供的安全性可能会被破解，并且在量子密码学领域正在进行一系列研究此外，由于复杂的密钥管理基础设施要求，传统的方案将不会持续很长时间。量子密码学[3]不使用公钥，相反，https://doi.org/10.1016/j.jestch.2022.1012602215-0986/©2022 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchMegha. S. 库马尔河Ramanathan和M.贾古玛工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012602表1缩略语摘要缩略语人工噪声AI人工智能人工快衰落AO交替优化ASC平均安全容量BER误码率BS基站体域网BCH Bose-Chaudhuri-HocquenghemBC–CMCES共谋投弹计划CJ协同干扰CP循环前缀CS认知安全C-AmBC认知环境后向散射通信技术CPS网络物理系统DM定向调制深度学习D2D设备到设备DNN深度神经网络FDD频分双工FP分式编程广义选择传输GFDM广义频分复用HARQ混合自动重传请求协议HetNet异构网络IoT物联网IA干扰对齐IC–CMITS智能交通系统LDPC低密度奇偶校验LOS视线MAC-WTC多址接入的无线信道MISO多输入单输出MMSE最小均方误差毫米波mMTC大规模机器类型通信MO流形优化MRC最大比合并非正交多址接入OFDM正交频分复用OTFS正交时频空间正交变换分复用具有子载波索引选择的OFDM-SIS正交频分复用正交空时分组码误包率PLS物理层安全峰均功率比预编码正交空时分组码PMI预编码矩阵指示符QoS服务质量随机RBF波束成形RIS可重构智能表面串行级联低密度发生器矩阵SNR信噪比SARA秘密自适应和速率自适应SOP秘密中断概率信干噪比同时无线信息和功率传输TBF发射波束成形通用滤波多载波无人机无人机超可靠低延迟通信V-MIMO虚拟多输入多输出VLC可见光通信飞行器穿透损失VANET车载自组网V2X汽车到一切WPT无线电力传输依赖于量子理论的定律，如海森堡最近，物理层安全（PLS）[4-PLS的基本思想已经在Shannon[7]和Wyner[8]的开创性著作中提出。香农认为无噪声通信系统和共享密钥的安全系统。Wyner提出了窃听信道模型的概念，其中假设窃听者的信道具有比合法信道低的然而，实际上，完全无噪声系统的概念是一种理想的情况，窃听者的信道可以比合法链路的因此，开发用于保护无线网络的算法是时代的需要。PLS技术可以大致分为基于密钥的方案和无密钥方案。用于无线网络的基于密钥的PLS方案中涉及的原理[9信道互易性表明，多径衰落对同一链路两端的影响是相同的。由于发射器、接收器或区域中的任何对象的移动性而带来时域中的变化，并且空间去相关意味着两个不同节点之间的信道将是唯一的，并且第三位置处的对手因此，对手可能无法获得与合法节点相似的信道状态信息（CSI），从而导致合法节点对和对手的不同密钥1提供了本工作中使用的缩写在我们的工作中，我们进行了系统的调查，关键PLS计划。采用无密钥的方法来保护无线网络有很多优点。 不需要密钥共享，并且可以用于时分双工（TDD）和频分双工（FDD）系统，这与基于密钥的PLS方案不同。当涉及到计算负担时，大部分处理仅在发射机侧进行。实际上，无密钥方案可以实现完全保密。这些原因是探索迄今为止研究的各种关键的PLS方法的主要动机一个精心分类的关键少PLS是非常精益。因此，我们根据方案的实现方法，如编码、信道变化和基于AN的方法，对无密钥安全性进行了分类。分析无密钥方案性能的常用指标有：保密容量或保密率、保密中断概率、保密吞吐量和安全间隙。安全间隙可以从误码率（BER）或误包率（PER）来分析。秘密容量被定义为合法信道和敌对信道之间的信道容量差。该度量进一步扩展为分析衰落环境保密性的SOP保密容量通过考虑随机信道行为提供可实现的界限，但可能不提供实际的保密性能。因此，Bob和Eve的信道之间的误码率（BER）和误码率（PER）等差错概率保密性有不同的概念，如完全保密性、理想保密性、弱保密性、强保密性、区分保密性和语义保密性。在这篇手稿中，对比现有的调查，我们提出了最近的方法，关键少PLS，以帮助读者了解目前的发展，在该地区的关键少PLS。此外，物联网（IoT）是一个广泛研究和快速增长的领域，有很多应用场景，我们预见到这里的安全需求因此，在这篇手稿中，我们还讨论了最近探索物联网中无密钥PLS的可能性的各种工作除此之外，还讨论了其他新兴领域，如人工智能（AI）和智能反射表面PLS方案被应用于各种Megha. S. 库马尔河Ramanathan和M.贾古玛工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012603图1.一、无线网络安全的分类这些应用是可见光通信（VLC）、无人飞行器（UAV）、体域网（BAN）、IoT、设备到设备通信（D2D）、射频识别（RFID）、毫米波通信（mmWave）、大规模机器类型通信（mMTC）、车载自组织网络（VANET）、非正交多址（NOMA）系统等。1描述了PLS方案的广泛分类。在这项工作中讨论的方案在1中以绿色突出显示。这项工作的主要亮点包括，1. 对无密钥PLS方案进行了深入的分析和分类2. 给出了各种方案的优点、观察结果和未来发展方向。3. 列出用于评估每个方案的性能指标。4. 在每一个计划下的各种最新技术5. 介绍了其他新兴领域的讨论，如IRS的PLS和AI的PLS。6. 探索物联网中无密钥PLS的范围。该手稿组织如下，2描述了无键PLS的各种方法。在第三章中，我们给出了无密钥PLS在物联网环境中的应用。4提供了一个开放的研究挑战和未来的方向，在关键的PLS的讨论。最后，5结束了手稿。2. 无键PLS在本节中，我们根据实现和增强方法对无关键PLS进行了实现无密钥PLS主要有三种方法，即信道编码、信道自适应和AN，而增强PLS的方法主要有两个研究热点，即AI和IRS。2.1. 无键PLS的实现方法在这里，我们提出了实现无密钥PLS的不同方法。将无密钥PLS分类为信道编码、信道自适应和基于AN的方法依赖于以下事实：三种方案，即信道编码、信道自适应和AN是基于信号干扰加噪声比（SINR）的方法。当Eve的SINR由于信道质量而自然地低于Bob的SINR或由于任何特定方法而人为地更低时，提供保密是可实现的在信道编码中，我们讨论了各种编码，例如低密度奇偶校验（LDPC）、极化码、格型码、卷积码和混合码，它们被用来增强物理层的安全性。在信道自适应和基于AN的方法中，研究了在时域、频域和空域中开发的方案。应当注意，当用于确保安全性时，信道编码、自适应和AN方法具有其自身的优点和缺点。优点，我们已经在导言中讨论过了。不同之处在于，在信道编码的情况下，Bob的SINR必须高于Eve的SINR。在信道自适应的情况下，Eve应该具有比Bob更高的衰落，并且该技术对信道错误敏感。AN注入还受到诸如对信道错误的敏感性的问题的挑战 ， 如 在 信 道 自 适 应 的 情 况 下 ， 可 能 导 致 增 加 的 峰 均 功 率 比（PAPR），在该过程中放弃了大量的功率资源。此外，AN在发射机处需要比在Bob处更多的自由度。2.1.1. 信道编码当敌手信道比合法信道退化时，差错控制码[13]在确保无线系统的 安 全 性 方 面 起 着 重 要 作 用 。 例 如 ， 随 机 编 码 方 案 [14] 。LDPC[15，16]码被广泛用于提高窃听信道的保密能力然而，如图2所示，它在高斯窃听信道的随机陪集编码[17]方案中的应用需要一个实用的解码器。因此，采用与卷积码相关的串行连接低密度生成器矩阵[18]（SCLDGM）译码器的实现采用了联合迭代消息传递算法利用Bob和Eve的BER度量对该方案进行了分析在Bob处的最高期望BER和在eak-dropper处的最低期望BER给出两个不同的SNR，以dB测量。这些SNR值之间的差给出了保密容量。SCLDGM方案给出了1dB的非常小的安全间隙。在[16]中，作者探索了编码调制方法，以产生针对Megha. S. 库马尔河Ramanathan和M.贾古玛工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012604ðÞð ðÞÞ图二.高斯窃听信道[26]。窃听以及预期用户的可用性特别考虑了评估了星座对所实现的安全性的影响，重点是其维度和基数。据推测，使用多级代码可以将日益增长的安全差距缩小几个十进制。可以通过将所利用的代码的打孔分布定制为特定信号的特定星座来进一步实现节省在高斯窃听信道中设计有限长LDPC码因此，[19]研究了高斯窃听信道中有限长度LDPC的性能，目的是研究容量模糊的区域此外，为了优化代码所考虑的指标，一个双重的代码优化工具也被开发。文献中用于增强安全性的另一组代码是极化码[20 ， 21] 。在[21]中，作者提出了一种结合Dragonfly和水循环算法的方案私有比特的最终传输块是引入噪声的地方。只有授权的接收机才能够准确地解码来自发射机的敏感信息，因为它们知道秘密比特的位置和干扰位置，其中噪声被注入。信息被完全干扰，因此窃听者不知道干扰位置和敏感位。结果，发送的信号对收听者来说是不清楚的。对于多用户场景，没有实用的编码方案。因此，[22]通过考虑用于非对称信道的极化编码和通用极化编码，提出了极化编码方案。该方案的目的是实现一般窃听信道的保密容量此外，该方案确定了最知名的内界的多用户场景，如多址窃听信道（MAC-WTC），干扰信道与机密消息（IC-CM）和广播信道与机密消息（BC-CM）。用于在非降级窃听信道的强保密约束下实现保密容量的极化编码方案是一个公开的挑战，因此[23]通过利用马尔可夫链条件来使用极化码保护通信，为一般窃听信道的这个问题提供了证明。此外，通过添加第二层编码来改进所获得的解决方案，并针对BC-CM进行评估。编码器和解码器的复杂度为O NlogN，其中N是编码长度。最近，研究的焦点是混合方案，例如极化AN[24]、极化LDPC[25]。另一个有前途的代码是格码[26在[28]中，作者计算了由Z4上的码构造A4生成的幺模格的θ级数，并给出了计算其保密优势在[29]中，通过考虑语义安全的概念，极在这里，极性晶格，构造了高斯窃听信道的保密信道，并证明了其具有保密容量。此外，在保密性好的极格上应用高斯整形技术，提高了保密容量。所涉及的复杂性的编码和解码的计划考虑是O NlogNlog logN。类似地，在[30]中，作者提出了一种基于高斯窃听信道的格陪集编码的编码器，其中，针对偶数幺模格导出了保密增益在该编码器中，考虑了一个嵌套格，其中，用于确保由Db和De给出的Bob处的可靠性的格是Bob的子格。De增加了夏娃的混乱。从分析中可以推断，随着格的维数的增加，秘密增益呈指数增长。这些结果得到了推导的例子和渐近分析的支持最近，卷积码[31，32]也被研究和探索用于增强无线网络的安全性通过考虑离散调制和有限块长度的影响，在[32]中，作者评估了传统编码方案在衰落窃听信道上可以实现的PLS水平攻击者检索整个消息所需的平均尝试次数是在现实世界的场景中估计的，在一定的中断概率下，得到了窃听器关于秘密消息的含糊度下界，并评估了它们的紧性。作者还讨论了一些例子，考虑到传统的编码和调制方法，如BCH码和卷积码。根据[17]，可以看出，对于主信道和窃听信道，作者提出了一种最优的和实际上可实现的次优解码器。本文将卷积码及其对偶应用于Wyner提出的随机编码方案中，生成一种适用于高斯和二进制对称窃听信道的有限长度随机卷积码。因此，随机化串行级联卷积码被开发出来。码字的错误概率被认为是性能指标。该方案实现了较低的安全缺口2提供了基于码的PLS方案的优点、观察和未来的范围2.1.2. 信道适配文献[33在这项工作中，我们使用的术语通道适应和通道变化互换。合法链路和对手链路所经历的独立衰落可以被利用来为我们服务。在文献中提出了各种方案。如何利用时域来保护无线系统的安全，Megha. S. 库马尔河Ramanathan和M.贾古玛工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012605表2基于信道参考文献年优势、意见和建议[17个]2017该方案具有很低的安全间隔（1dB）可以分析。[18个国家]2018非常低的安全间隙1dB，带扰频器。[19个]2015小块长度的高性能，实用可行性[22日]2016可以分析。更好的解码错误概率，因此可靠，高效，可以分析实际可行性。[23日][29日]20162018强安全约束下的强保密性，不需要正速率共享密钥，Bob的高解码概率，可以分析具有第三编码层的方案，可以进行对称窃听信道的分析，可以分析实际可行性。实现语义安全，对网络信息理论应用，集成方法，语义安全没有抖动的情况下可以进行研究。作 者 [36] ， 并 且 在 这 里 ， 在 保 密 约 束 下 评 估 混 合 自 动 重 传 请 求（HARQ）协议。作者提出了一种新的编码方案称为秘密自适应和速率自适应（SARA），涉及较少的信息泄漏和错误概率。该方案具有较高的保密吞吐量。大多数用于基于信道自适应来保护无线通信的工作存在于基于正交频分复用（OFDM）的系统中，并且提出了某些新的波形，诸如正交时频空间（OTFS）、通用滤波多载波（UFMC）、广义频分复用（GFDM），以便满足某些要求。然而，随着即将到来的5G技术，对安全波形设计的需求至关重要。因此，作者[37]提出了用于色散信道的安全正交变换复用（OTDM），其中正交的基是从合法用户信道中提取的。然后，这些基站分别在合法的发射机和接收机处携带和选择数据。可以利用频域来实现PLS。例如，OFDM系统易受频率同步的影响。频率偏移会严重影响OFDM系统。然而，OFDM的这一缺点可以为我们所用.因此，作者[38]提出了控制载波间干扰的思想，在OFDM系统中，由于载波频率偏移而引起的损耗可能是非常有利的。以这种方式，假设合法节点的CSI和载波偏移值可用，对手信道被降级而不影响合法链路性能。BER是使用的性能指标。作者[39]提出了一种称为具有子载波索引选择的正交频分复用（OFDM-SIS）的技术，用于通过允许两个安全级别（一个在FDD中，两个在TDD中）来保护基于OFDM的波形。在该方案中，基于自适应信道的交织将合法链路的相关信道响应转换为完全不相关的。OFDM符号被进一步划分成小的子块。这些子块中的每一个都包含不相关的子载波，其中好的子载波用于数据传输，而所有其他子载波被抑制。该技术可以用于低复杂度的5G超可靠低延迟通信（URLLC）服务。在空间域中利用天线是保护无线网络安全的有效方法例如，波束成形技术使源能够将其能量集中在合法的接收器方向上，同时减少到窃听者的能量。因此，作者[40]开发了一种阵列波束成形方法，从而实现定向调制（DM），以便收获无线同信道干扰。这种方法有助于独立控制传输给对手的信号，因此，较大孔径、高灵敏度的问题可能不会影响系统的安全性。通过该方案，可以选择性地操纵干扰而不破坏期望信号。由于导向矢量公式化计算复杂，所提出的方向相关调制被公式化为凸优化问题。通过各种技术尝试预编码正交空时分组码（POSTBC）系统的安全性，其中一种技术采用预编码矩阵指示符（PMI）作为仅在合法方之间可用的秘密密钥，因为PMI信息不通过任何反馈共享。然而，在诸如TDD/ FDD的实际系统即使这样的反馈不存在，通过穷举搜索码本，Eve仍然可以做出PMI。因此，为了解决这个问题，作者[41]提出了一种在POSTBC中添加安全方面的方案，即预编码的OSTBC与多输入单输出（MISO）系统的部分预均衡所提出的方案没有考虑AN，因为它浪费了功率资源和密钥共享，因为它可以被破解。BER被用来分析安全漏洞。这可以用用于当前和未来的4G和5G无线网络。干扰是所有未来无线设备的严重问题，作者[42]提出了解决基于干扰对齐（IA）的无线网络中的干扰和窃听攻击的方案。基于IA的网络，在接收端使用预编码矩阵将干扰协作地对齐到与干扰信号相同的子空间中，因此，感兴趣的信号可以被解码而没有任何问题。此外，一个基于AN的方案，其中AN是由每个IA发射机产生的干扰夏娃其次，为了分析基于IA的网络中可能存在的威胁，提出了一种称为共谋窃听方案（CES）的方案，在该方案中，合法节点与一些恶意用户合作进行窃听。作者[43]首先研究了无WPT的AN辅助IA技术的效率并对其进行了改进，因为存在无WPT的AN辅助IA[44]方案，并且此类方案中存在功率分配问题。此外，在不损害信息传输的要求的情况下，所有剩余的发射功率被分配给AN以增强抗窃听性能。接下来，提出了一种具有无线功率传输（WPT）的AN辅助IA方案，其目的是充分利用AN和用户之间的干扰在所提出的然后，所提出的算法的封闭形式的解决方案，推导出次优的情况下，推导出的最佳情况下的解决方案是计算繁琐的问题是非凸的。信道可以通过使用中继来增强无线网络的安全性[45]。例如，对于认知无线电网络与合作干扰（CJ）的SOP分析是不集中的，大多数中继和干扰机选择方案涉及很多开销和方案是不切实际的窃听者是被动的。因此，作者[48]提出了两个机会中继选择方案与CJ安全的二次传输存在的结论窃听者的CSI是未知的。此外，SOP推导出每个方案。窃听者不应该知道中继和干扰机的选择，因为窃听者将执行协调的波束成形以使产生的干扰信号无效，并且获得感兴趣的信号，这对于无线网络的保密性是非常关键的。因此，作者[49]提出了一种选择中继的方案，秘密干扰器提出了两种解码器的Megha. S. 库马尔河Ramanathan和M.贾古玛工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012606以及当存在多个被动窃听者时，具有用于与目的地通信或干扰的中间节点的前向（DF）网络。在所提出的技术中，合法目的地知道窃听者链路统计和合法链路CSI，并选择中继和干扰，使得SOP最小化。此外，合法目的地广播关于哪个中间节点充当干扰器或中继器的信息，而窃听者将不知道选择结果。作者[46]建议使用IRS来增强物理层的安全性。在该方案中，作者通过优化IRS每个单元的发射功率和相移来最大化该方案的目的是以这样一种方式使用IRS和非IRS信号，即它们在非预期的接收器处相消地相加。与传统方案相比，该方案的总保密增益约为120%。作者[47]建议研究用于6G通信系统的可重构智能表面（RIS）辅助NOMA技术的PLS性能。为了提高PLS的性能，采用了功率分配策略和波束形成方法。两种情况下进行评估，一个与窃听者的CSI和第二种情况下没有窃听者CSI的可用性。从所提出的方案可以推断，当RIS中的反射元件的数量增加，观察到保密增益的增加。该方案解决了NOMA系统中的死区问题. 3提供了基于信道自适应的PLS方案的优点、观察和未来范围。表3基于信道自适应的PLS方案的比较。参考文献年优势、意见和建议[三十六]2013低安全缺口，高保密性，开发[37个]2017可以执行有限长度的输入。高保密性、高能效、健壮、可靠、更好的BER、高[38个]2016SNR，优于OFDM方案。适用于低功耗系统、保密容量和信道[39]第三十九章2017可以分析选择性。适用于低功耗系统，实现实用保密，可靠，安全间隙低，PAPR可调查，影响[第四十届]2017各种块大小，可以探索频带泄漏，可以优化OFDM-SIS系统频率复用、高效信息与无线电力传输，能源效率和安全，容量性能评估可以完成，保留公式的凸性，对功率的同步效应传输、同信道信息和功率[41]2016可以探索转移和非均匀阵列布局。高能效、低安全缺口、无能源浪费。[四十二]2016主动攻击正在调查中。[四十三]2018非常低的计算复杂度，开发的算法是次优的，最优情况的解决方案可以设计为低计算复杂度，有效的功率分配。[第四十四届]2015分析了在窃听者CSI不可用的情况下提高保密性的方案，当大量窃听者可用时，可以分析并且可以改进方案以最小化结果信息泄露[45个]2017抗多机协同干扰攻击的鲁棒性[46个]2021窃听者提高了全双工系统的总保密率，[47个]2021多用户、多天线系统的最大保密性涉及未来的范围提高了系统的保密性能，反射元件有助于增强保密性性能对比，没有分析发射天线数目、反射元件数目与保密性能之间在复杂性方面的折衷。2.1.3. 人工噪声已经探索了注入人工生成的噪声[50，51]以使对手信道更糟的想法在不影响合法信道的情况下，通过增加AN可以使附着的在这种方案中，合法用户信道的零空间具有一定的自由度利用这种方法，可以在非衰落或衰落环境中获得完美的保密概念AN可以在时域、频域和空域中注入在时域中，例如，作者[52]提出了一种通过采用发射滤波器来保护OFDM系统的方案。在该方案中，窃听者的正交性被破坏，从而使窃听者的接收复杂化，同时保持合法通信的在为子载波分配功率之后可用的剩余功率被用于AN。在此基础上，设计了一种基于发射滤波器的自适应辅助OFDM接下来描述在时域中引入AN[53]的另一种情况。将AN注入方案[54]引入衰落信道上的基本单天线系统是一个尚未解决且具有挑战性的问题。因此，作者提出了一种方案，有效地注入AN到单天线系统。在所提出的方案的系统模型中，半双工接收机被认为是外部中继或助手缺席。文中还对有效功率分配和联合速率进行了分析，并推断只要分配足够的功率，就可以达到甚至是完美的保密例如，通过考虑零空间可用性，利用空间自由度的AN技术要求发射天线的计数Ntx大于接收器天线的计数Ntx然而，利用时间自由度的AN技术不要求Ntx>Nrrrg，因为在OFDM系统中，在时间域中的一个生成是通过采取先进的，从循环前缀（CP）中提取的冗余的长度。该方案仅在SISO系统中探索。因此，作者[55]探索了多输入多输出（MIMO）-OFDM系统在时域中的AN生成。在MIMO-OFDM系统中，即使Ntx小于Nrx，但所需的发射天线数目较大或需要长CP，也可以在时域中产生AN在该方案中，时域产生的AN在频域中被抵消，并且AN的产生与CP的长度和发射天线的数目无关。类似地，频域也可以用于增强无线网络的安全性。对频率选择性信道中的安全通信也进行了探讨。然而，窃听者必须完全了解CSI信息.因此，作者[56]提出了一种使用AN来探索SISO系统中频率选择性信道的安全性的技术，而不需要窃听者的CSI。在所提出的技术中，已经处于衰落的子信道被排除，因此合法链路的信道容量的减少被减少，同时确保该减少与窃听者信道容量的未使用的子信道成比例。此外，衰落填充噪声的加入进一步破坏了窃听者对信号的接收。在这里，分析了两种情况下，与AN和没有AN。在没有AN的情况下，通过使用合法节点的子信道，有很大的机会获得非零保密容量。在-AN情况下，对于高SNR机制，完全干扰具有错误平层的对手接收。通过操纵天线和中继元件，可以利用空间域来保护无线系统。对于例如[50，51，57，58]在天线的情况下，当窃听者具有CSI信息和足够数量的天线时，窃听者总是可能具有比合法接收器更好的信道。当Eve没有CSI时，诸如随机波束成形传输方案的方案有助于放弃Eve执行盲解卷积的尝试获得CSI。然而，通过该方案，EveMegha. S. 库马尔河Ramanathan和M.贾古玛工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012607分析没有完成。同样，在后来的工作中，保密分析是执行，但夏娃与单天线。然而，该方案的保密率下限较松，且对多天线窃听者的鲁棒性也未得到研究。因此，作者[59]重新研究了无源对手配备多天线（MISO信道）的情况下的随机波束形成方案，并探讨了保密率。在所提出的方案中，Eve具有快衰落信道，因此它被称为人工快衰落（AFF）方案。Eve经历非相干莱斯衰落SIMO信道。对AN和AFF两种方案进行了比较.推导了单天线Eve的表达式，进一步推导了多天线Eve的下界为了研究功率分配问题，提出了一种混合AFF-AN方案，并取得了较好的保密性能。随机波束成形是可以注入AN的另一种技术发射波束成形（TBF）方案有两个问题，一个是连接到每个天线的射频链的数量，并且所需的信号处理非常高。第二，采用盲均衡技术的EVE可以很容易地检测出机密信息，从而破坏保密通信。因此，作者提出了[60]一种具有随机波束形成（RBF）的广义选择传输（GST）技术，目的是解决TBF的两个问题。在建议的GST方案中，信号处理和功率使用减少到一个合理的水平，通过选择一个子组的发射天线具有非常强的衰落信道增益。此外，封闭形式的表达式与RBF/GST以及GST的精确和渐近SOP推导出被动窃听的情况下，窃听者的统计CSI是在发射机。可以推断，在MISO窃听信道中，GST和TBF获得了相同的秘密中断分集增益对于在发送端已知攻击者的完美CSI的主动窃听情形，推导了GST和RBF/GST的遍历保密率表达式可以推断，RBF/ GST表现出更好的遍历保密率的每周期和MISO窃听信道提供了增强的安全性方面的当天线数目减少到一定程度时，RBF/GST保密性不会受到很大影响。中继[61]可以用于将AN注入对抗信道。例如，由于某些原因，网络物理系统（CPS）中的安全性是至关重要的，并且在CPS中应用PLS方案可能面临几个新的问题，例如，多中继辅助的协调传输。大多数CPS物理元件以分布式方式管理，可以考虑更简单的传输协议设计，否则将表4基于AN的 PLS方案的特征参考文献年优势、意见和建议[50]2005提高了OFDM系统的保密性能，AN注入不会干扰Bob，即使在[五十二]201610dB SNR。实现完美保密的可能性，AN方案可以[五十三]2016扩展到多天线系统。提高AN的可扩展性，而不影响保密率。[五十四]2017在不知道犯罪现场调查的情况下高度保密。[55]2014该方案可以评估大规模衰落的情况。[56]2014通过公平的信号处理和功率[第六十章]2018利用率更好的保密率，方案可用于场景研究[第六十三章]2020通过优化发射功率具有严重的路径损耗，使得AN对合法的可以最小化用户并且可以提高保密率。增加反射元素增加了秘密性性能，呈现2D安全传输，权衡[六十四]2018在多个反射元件之间，没有分析在复杂性方面的保密性能。与OMA因为涉及复杂的控制消息，所以不适用。接下来是部署多天线技术，该技术已经证明了其充分控制信号波束方向和有效管理用户之间干扰的能力，当涉及CPS时，由于需要广泛部署多天线设备，该技术变得非常昂贵。因此，作者[62]认为SISO具有预选中继来转发采用放大转发协议的消息。接力赛是因为缺少直接源到目的地链接。为了降低复杂度，采用 了 比 最 小 均 方 误 差 （ MMSE ） 接 收 机 复 杂 度 低 的 最 大 比 合 并（MRC）接收机。在所提出的AN-AF方案中，通过中继转发源消息和AN注入同时发生。这里，首先，考虑完美窃听者CSI，并优化用于转发信息信号的AF系数和AN协方差，以获得最大可达到的保密率。 通过一维搜索和求解一系列SDP，得到了最优解。在下一种情况下，分析了存在信道估计误差的窃听者信道状态信息，并得到了可达到的保密率的下界。作者提出了DM和AN的组合[63]以增强无线网络的PLS。所提出的方案还涉及智能反射表面，以帮助该计划。该方案的保密率和信噪比进行评估。该方案优于大多数现有的和传统的方法，从而证明适合PLS。作者研究了具有NOMA和毫米波通信等使能技术的无人机网络的安全性[64]。针对恶意用户对无人机网络性能的影响，提出了一种基于NOMA的mmWave网络传输策略在这项工作中，保护区的开发，以确保无线网络的安全从保护区大小、传输功率和无人机高度等方面对保密性能进行了评估4提供了基于AN的PLS方案的优点、观察结果和未来范围图3示出了用于评估无密钥PLS方案的性能的最常见的性能2.2. 增强无键PLS在这里，探索了两个高度相关的选项来增强无关键PLS，即IRS和AI。我们已经总结了一些作品，讨论了利用这些概念的各种手段。IRS技术通过采用大量的小反射单元来改进无线数据传输系统的性能，这些小反射单元被联合调整以便重新设计无线信号传输环境。另一个已经成为物联网、大数据、机器人等各种新兴技术驱动力的关键概念是人工智能。简而言之，AI是计算机系统执行与人类智能相关的过程的能力。2.2.1. 智能反射面与物理层安全在这里，我们提出了另一个新兴的，有趣的和生动的研究领域，即讨论。IRS[65，66]。在[67]中，作者提出了一种借助RIS的点对点物联网系统为了探索RIS辅助物联网系统的可行性，考虑了保密容量和安全中断概率度量的封闭形式表达式，目的是获得有助于RIS辅助物联网系统性能改进的系统参数关于元表面元素的数量，通过广泛的数学分析，作者也解释了RIS配置的相关性。结果表明，反射元件数目越多，安全输出越好作者在[68]中讨论了用于提高无线下行链路通信的保密性能的IRS，提出了一种当Megha. S. 库马尔河Ramanathan和M.贾古玛工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012608图三.用于评估无关键PLS的通用性能指标。合法节点配备单天线，而屋檐下有多天线系统。该算法的目标是通过分数规划（FP）和流形优化（MO）来优化IRS相移，这两种算法都具有较低的复杂度。该方案使IRS的相移接近最佳除此之外，作者还推导出在基站（BS）的波束形成矢量，这是最佳的固定相移的IRS。在[69]中，作者探讨了IRS辅助NOMA网络的性能，特别是在存在屋檐下的下行链路通信，在SOP和平均安全容量（ASC）方面在这项工作中，使用IRS辅助小区边缘节点和BS之间的通信质量的提高进行了性能评估是通过考虑Nakagami-m衰落信道的衰落参数和IRS元素的数量在30 dB发射SNR时，SOP为100。ASC随发射SNR增加而增加，在60 dB发射SNR下，ASC在2 Mbps的范围内。SOP似乎随着IRS元素的数量而减少。在[70]中，作者提出了一种新的方案，该方案涉及使用RIS的信道随机化。该方案被用于TDD下行链路蜂窝系统中，其中一个BS配备有多个天线、多个RIS元件、多个用户和多个窃听者。作者还假设，由于可能用于6G无线通信的太赫兹频谱，只有LoS存在。在所提出的方案中，反射矩阵是由每个RIS初始伪随机产生的。然后，这分别用于上行链路和下行链路中的导频信号持续时间和数据传输持续时间。 此外，BS利用所有RIS反射矩阵来执行用户设备的无线信道的估计，并且选择对于每个反射矩阵具有最佳保密率的用户设备。该方法在15 dB的传输速率下，保密率大于4 bps/Hz叶老最多20个用户，达到的保密速率>4 bps/Hz。当RIS单元的数目为16，该方案也可以实现>4 bps/Hz的保密率。再次，在[71]中，作者探讨了使用RIS的好处，下行链路传输，当用户是随机定位和当窃听者配备有多个天线。在这里，系统的性能进行评估的SOP，平均保密率和非零保密容量的概率。利用随机几何理论推导出了接收信干噪比的精确概率密度函数和累积分布函数。从研究中可以推断，对于反射元件的数目越多，系统的性能越好，特别是当与NLoS相关联的路径损耗越小时，与元件数目越少的情况相比。RIS辅助系统比非RIS辅助系统的性能好得多。 在[72]中，作者提出了一种新的RIS设计，在NOMA系统中，当合法用户的信道增益小于Eve的在现有的大多数工作中，通过设计RIS来提高合法用户的保密性能然而，在这项工作中，它是不同的。特殊的中断概率评估不同的发射功率。建议NOMA网络与RIS辅助设计呈现优越的性能比传统的NOMA网络。在[73]中，作者研究了IRS辅助网络中的PLS，其中发射机通过从发电站收集的能量向多个IoT设备发送这里，假设通信发生在多个窃听者附近。作者提出采用stackelberg博弈的方法来保护系统。IRS有助于促进有效的能量传输以及安全的信息传输。该方案涉及发射机和发电站之间的能量交易，两者都属于不同的服务提供商。在这种交易中，发射机向发电站支付激励所提到的互动是通过拟议的游戏方法建模。通过将非凸问题分解为若干个子问题来解决。采用交替优化法和半定松弛法求解子问题。该方法已经与不采用IRS的现有方案相比较，并且可以推断，所提出的方法在无线传输能量所花费的时间以及发射机和发电站的效用方面呈现更好的结果由于更大的带宽、更高的数据速率和更高的效率，可见光通信（VLC）是未来6G网络克服基于射频的通信限制的最有前途的支持技术之一另一方面，VLC易受所有已知的无线通信安全漏洞（例如，窃听- ping和完整性攻击）。因此，安全专家正在提出新的PLS解决方案来保护这种通信。在各种解决方案中，目前的工作已经成功地展示了创新的RIS技术与VLC连接，以提高VLC通信容量。然而，在文献中仍然缺乏分析和解决方案来证明基于RIS的VLC通信的PLS能力。本研究将水印盲物理层