Academic Journal
Group Secret Key Generation Using Physical Layer Security for UAV Swarm Communications
| Τίτλος: | Group Secret Key Generation Using Physical Layer Security for UAV Swarm Communications |
|---|---|
| Συγγραφείς: | Sobia Jangsher, Arafat Al‐Dweik, Youssef Iraqi, Anshul Pandey, Jean‐Pierre Giacalone |
| Πηγή: | IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 59:8550-8564 |
| Στοιχεία εκδότη: | Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2023. |
| Έτος έκδοσης: | 2023 |
| Θεματικοί όροι: | Computer Networks and Communications, Unmanned Aerial Vehicle Communications, Group Communication, Aerospace Engineering, FOS: Mechanical engineering, Encryption, Communications security, Redundancy (engineering), Engineering, Multicast, Computer security, FOS: Electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Electrical and Electronic Engineering, Group key, Key (lock), Key generation, Computer network, Physical layer, Physical Layer Security in Wireless Communications, Secure Routing, Computer science, Transmission (telecommunications), Overhead (engineering), Operating system, Computer Science, Physical Sciences, Wireless, Telecommunications, Security in Wireless Sensor Networks |
| Περιγραφή: | Dans les réseaux d'essaims de véhicules aériens sans pilote (UAV), une clé secrète de groupe (GSK) est nécessaire pour permettre des communications UAV-UAV sécurisées, la multidiffusion et la transmission de diffusion. De plus, il peut être utilisé pour l'authentification des appareils. Par conséquent, cet article propose un protocole GSK efficace appelé algorithme de clé de groupe secrète séquentielle (SSGK) pour les communications sécurisées par des essaims d'UAV distribués. Le protocole proposé utilise un codage de réseau pour générer des informations de coopération qui sont transmises sur le canal et qui ne sont pas corrélées avec la clé secrète générée. Le protocole proposé dépend du processus de génération de clés par paires (PKG) entre les paires d'UAV. Cependant, tous les accords par paires possibles ne sont pas exécutés pour minimiser le temps et les frais généraux de signalisation, c'est-à-dire que l'accord de clé par paires est effectué uniquement entre les UAV sélectionnés en tant que compromis entre les ressources de transmission de frais généraux requises et le niveau de redondance atteint. Les résultats obtenus montrent qu'un niveau de redondance de 4 est suffisant pour fournir un processus de génération GSK fiable. Les résultats montrent également que les performances du processus de génération de clés dépendent fortement du taux d'erreur de bits de canal (ber), du nombre d'UAV et de la longueur de la clé. En las redes de enjambres de vehículos aéreos no tripulados (UAV), se requiere una clave secreta de grupo (GSK) para permitir comunicaciones UAV-UAV seguras, multidifusión y transmisión de difusión. Además, se puede utilizar para la autenticación del dispositivo. Por lo tanto, este documento propone un protocolo GSK eficiente denominado algoritmo de clave de grupo secreta secuencial (SSGK) para comunicaciones distribuidas protegidas por enjambre de UAV. El protocolo propuesto utiliza la codificación de red para generar información de cooperación que se transmite en el canal y no está correlacionada con la clave secreta generada. El protocolo propuesto depende del proceso de generación de claves por pares (PKG) entre pares de UAV. Sin embargo, no todos los posibles acuerdos por pares se realizan para minimizar el tiempo y la sobrecarga de señalización, es decir, el acuerdo de clave por pares se realiza solo entre los UAV seleccionados como un compromiso entre los recursos de transmisión de sobrecarga requeridos y el nivel de redundancia alcanzado. Los resultados obtenidos muestran que un nivel de redundancia de 4 es suficiente para proporcionar un proceso de generación de GSK fiable. Los resultados también muestran que el rendimiento del proceso de generación de claves depende en gran medida de la tasa de error de bits de canal (Ber), el número de UAV y la longitud de la clave. In unmanned aerial vehicle (UAV) swarm networks, a group secret key (GSK) is required to enable secured UAV-UAV communications, multicast, and broadcast transmission. Moreover, it can be used for device authentication. Therefore, this paper proposes an efficient GSK protocol denoted as the sequential secret group key (SSGK) algorithm for distributed UAV swarmsecured communications. The proposed protocol utilizes network coding to generate cooperation information that is transmitted on the channel and is uncorrelated with the generated secret key. The proposed protocol depends on the pairwise key generation (PKG) process between pairs of UAVs. However, not all possible pairwise agreements are performed to minimize the time and signaling overhead, i.e., the pairwise key agreement is performed only between selected UAVs as a compromise between the required overhead transmission resources and the achieved redundancy level. The obtained results show that a redundancy level of 4 is sufficient to provide a reliable GSK generation process. The results also show that the performance of the key generation process highly depends on the channelbit error rate (BER), the number of UAVs, and the key length. في شبكات سرب الطائرات بدون طيار (UAV)، يلزم وجود مفتاح سري جماعي (GSK) لتمكين اتصالات الطائرات بدون طيار الآمنة والبث المتعدد والبث الإذاعي. علاوة على ذلك، يمكن استخدامه لمصادقة الجهاز. لذلك، تقترح هذه الورقة بروتوكول GSK فعال يُشار إليه باسم خوارزمية مفتاح المجموعة السري المتسلسل (SSGK) للاتصالات الموزعة المؤمنة بسرب الطائرات بدون طيار. يستخدم البروتوكول المقترح ترميز الشبكة لتوليد معلومات التعاون التي يتم إرسالها على القناة ولا ترتبط بالمفتاح السري الذي تم إنشاؤه. يعتمد البروتوكول المقترح على عملية توليد المفاتيح الزوجية (PKG) بين أزواج من الطائرات بدون طيار. ومع ذلك، لا يتم تنفيذ جميع الاتفاقيات الزوجية الممكنة لتقليل الوقت والإشارة إلى النفقات العامة، أي أنه يتم تنفيذ الاتفاقية الرئيسية الزوجية فقط بين الطائرات بدون طيار المختارة كحل وسط بين موارد النقل العامة المطلوبة ومستوى التكرار المحقق. تظهر النتائج التي تم الحصول عليها أن مستوى التكرار 4 يكفي لتوفير عملية توليد GSK موثوقة. تظهر النتائج أيضًا أن أداء عملية توليد المفاتيح يعتمد بشكل كبير على معدل خطأ بت القناة (BER) وعدد الطائرات بدون طيار وطول المفتاح. |
| Τύπος εγγράφου: | Article Other literature type |
| ISSN: | 2371-9877 0018-9251 |
| DOI: | 10.1109/taes.2023.3307092 |
| DOI: | 10.60692/0kgcw-bt181 |
| DOI: | 10.60692/re009-5vy87 |
| Rights: | CC BY |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edsair.doi.dedup.....66dd5ff534726e713d26b6a3d9b51c85 |
| Βάση Δεδομένων: | OpenAIRE |
| ISSN: | 23719877 00189251 |
|---|---|
| DOI: | 10.1109/taes.2023.3307092 |