认知无线电网络中合作频谱感知安全与隐私的研究

Cognitive Radio Networks are regarded as one of most promosing techniques that will enable the future wireless world. Cognitive radio are fully programmable wireless devices that can sense their environment and dynamically adapt their transmission waveform, channel access method, spectrum use, and networking protocols as needed for good network and application performance. Security and privacy issues represent a big challenge in cognitive radio networks due to their unique characteristics. In this project, we will focus on three security threats in collaborative spectrum sensing: sensing data falsification attack, location privacy leaking attack and selfishness issues. We will propose a novel user-centric misbehavior detection scheme to thwart sensing data falsification attack; a novel privacy preserving sensing report aggregation protocol to prevent privacy leaking from spectrum sensing; and a puzzle based incentive scheme to stimulate selfish nodes to contribute more to collaborative spectrum sensing. Our research is expected to provide a strong security guarantee for secure collaborative spectrum sensing in cognitive radio networks.

认知无线电网络是下一代无线网络发展的重要技术，它通过实时感知周围的无线环境，智能地调整通信参数，在不影响主用户工作的前提下，伺机接入频谱空洞，从而有效缓解了频谱资源的短缺问题。由于认知无线电的分布式感知特性，使得其面临与传统网络不同的安全问题。针对这一安全问题的难点，本项目将围绕认知无线电合作频谱感知安全与隐私的三个方面，即合作频谱感知位置隐私泄露，合作频谱感知自私行为及合作频谱感知欺骗行为展开研究。在本项目中，我们将针对合作频谱感知中用户位置隐私会随着感知结果分享而泄露的问题，设计新型的能抵御单用户报文及差分位置隐私攻击的认知无线电合作频谱感知隐私保护机制；针对熵自私攻击，设计基于Puzzle的认知无线电合作频谱感知激励机制；针对合作频谱感知欺骗攻击，设计以用户为中心的频谱感知验证方案，进而推动认知无线电安全频谱感知技术的整体发展。

本课题从合作频谱感知的感知安全，隐私保护，抗干扰通信技术，以及侧信道攻击与防御四个方面展开研究：提出基于一次性密钥的难题构造方案，有效发现合作中的熵自私行为，利用自适应阈值设置，有效监测数据篡改行为；系统分析了空白频谱数据库频谱查询过程中的现有安全协议IETF标准，揭示出其存在的一类新的安全漏洞；研究了一种新的基于阻塞推理的阻塞防御框架，能有效优化系统性能与抗干扰能力的平衡；提出了一种基于Wi-Fi监测技术的智能设备按键推测的旁路攻击技术，该技术能利用物理层信道的CSI变化实现对应用层系统应用如“支付宝”的有效攻击。研究成果发表ACM CCS’16，IEEE JSAC, IEEE TDSC, IEEE INFOCOM(2016、2013), ICDCS(2016、2013), ACM MOBIHOC’14等国际会议与期刊33篇。其中CCF A类论文11篇、B类论文3篇、其它IEEE Journal 5篇。研究成果2篇被遴选为ESI高引用论文，1篇被推荐为IEEE最佳阅读(IEEE COMSOC Best Readings)。发表在ACM CCS’16的论文受到ACM TechNews等多个国际媒体的广泛报道，在ACM数据库中位列ACM CCS过去六周内下载最多的论文中的第一名（截止2017年1月4日）。