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Physical-layer authentication Using chaotic maps

Message authentication, which ensures that a received message comes from its acclaimed sender, is of fundamental importance for secure communication systems. We consider in this work a physical layer authentication system employing tag signals embedded in the message to provide a robust authenticati...

Full description

Main Author:	EVANGELISTA, João Victor de Carvalho
Other Authors:	CHAVES, Daniel Pedro Bezerra
Format:	masterThesis
Language:	por
Published:	Universidade Federal de Pernambuco 2017
Subjects:	autenticação de mensagem autenticação em camada física mapascaóticos probabilidade de outage taxa de erro porbit segurança incondicional bit error rate chaotic maps message authentication outage probability physical layer authentication unconditional securit
Online Access:	https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/18382
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id	ir-123456789-18382
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spelling	ir-123456789-183822018-09-28T19:27:32Z Physical-layer authentication Using chaotic maps EVANGELISTA, João Victor de Carvalho CHAVES, Daniel Pedro Bezerra PIMENTEL, Cecilio José Lins http://lattes.cnpq.br/2585128131074520 http://lattes.cnpq.br/6918979485859187 autenticação de mensagem autenticação em camada física mapascaóticos probabilidade de outage taxa de erro porbit segurança incondicional bit error rate chaotic maps message authentication outage probability physical layer authentication unconditional securit Message authentication, which ensures that a received message comes from its acclaimed sender, is of fundamental importance for secure communication systems. We consider in this work a physical layer authentication system employing tag signals embedded in the message to provide a robust authentication method. This work diverges from previous work in the area when it comes to the tag generation method. While the previous works use methods based on cryptographic hash functions or on the channel side information our system employs unidimensional chaotic maps to generate these tags. Due to the loss of information about the initial condition of chaotic maps, we show that they are strong candidates for the tag generation process. We prove that chaotic tags provide a positive lower bound on the unconditional security of the system. Additionally, we calculate the probability of success for three possible attacks to the authentication system: impersonation, substitution and replay.Finally, we analyze how the system parameters affect these probabilities and some performance metrics (bit error rate, outage probability, probability of false negative) and explore the tradeoff between security and performance in order to provide guidelines to design the system. A autenticação de mensagem, o que garante que uma mensagem recebida vem de seu aclamado remetente, é de fundamental importância para sistemas de comunicação seguros. Neste contexto, considera-se neste trabalho um sistema de autenticação em camada física empregando tags embutidos nas mensagens proporcionando um robusto método de autenticação. Este trabalho diverge de trabalhos anteriores na área no que se refere ao método de geração de tags. Enquanto os trabalhos anteriores utilizam métodos baseados em funções criptográficas de hash e na informação do estado do canal, nosso sistema emprega mapas caóticos unidimensionais para gerar os tags. Devido ao fato de que a informação sobre a condição inicial se perde ao longo de uma órbita caótica mostraremos que elas são fortes candidatas para o processo de geração de tags. Provamos que tags caóticos garantem um limitante inferior positivo na segurança incondicional do sistema. Adicionalmente, nós calculamos a probabilidade de sucesso de três tipos de ataque: de personificação, de substituição e de repetição. Para finalizar, analisamos como os parâmetros do sistema afetam essas probabilidades e algumas métricas de performance (taxa de erro por bit, probabilidade de interrupção e probabilidade de falso negativo) e os compromissos entre segurança e performance para prover um guia de projeto do sistema. 2017-03-08T12:29:03Z 2017-03-08T12:29:03Z 2016-08-16 masterThesis https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/18382 por Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ Universidade Federal de Pernambuco UFPE Brasil Programa de Pos Graduacao em Engenharia Eletrica
institution	REPOSITORIO UFPE
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description	Message authentication, which ensures that a received message comes from its acclaimed sender, is of fundamental importance for secure communication systems. We consider in this work a physical layer authentication system employing tag signals embedded in the message to provide a robust authentication method. This work diverges from previous work in the area when it comes to the tag generation method. While the previous works use methods based on cryptographic hash functions or on the channel side information our system employs unidimensional chaotic maps to generate these tags. Due to the loss of information about the initial condition of chaotic maps, we show that they are strong candidates for the tag generation process. We prove that chaotic tags provide a positive lower bound on the unconditional security of the system. Additionally, we calculate the probability of success for three possible attacks to the authentication system: impersonation, substitution and replay.Finally, we analyze how the system parameters affect these probabilities and some performance metrics (bit error rate, outage probability, probability of false negative) and explore the tradeoff between security and performance in order to provide guidelines to design the system.
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Physical-layer authentication Using chaotic maps

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