Chương 1 trình bày ngắn gọn và khái quát nhất về quy hoạch DC và giải thuật DCA. Đây là một phương pháp giải hiệu quả cho lớp các bài toán quy hoạch không lồi, phương pháp này đang được nghiên cứu, ứng dụng tại nhiều nơi trên thế giới và trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhưng chưa được nghiên cứu áp dụng nhiều cho bài toán bảo mật tầng vật lý. Một đặc điểm thú vị của quy hoạch DC và giải thuật DCA đang được thế giới quan tâm đó là không phải tất cả các bài toán quy hoạch không lồi đều có thể giải được bằng quy hoạch DC và giải thuật DCA và với một bài toán quy hoạch không lồi có thể có nhiều cách giải bằng quy hoạch DC và giải thuật DCA khác nhau. Việc tìm ra một cách giải theo quy hoạch DC và giải thuật DCA tốt hơn cho cùng một bài toán quy hoạch không lồi vẫn đang là thách thức khoa học.
Nội dung trình bày về quy hoạch DC và giải thuật DCA trong chương này liên quan đến các đề xuất nâng cao hiệu suất bảo mật truyền tin tầng vật lý được trình bày trong 02 chương tiếp theo của Luận án. 1 Ấn phẩm Khoa học và Công nghệ trong lĩnh vực An toàn thông tin đã được Hội đồng Giáo sư nhà nước tính điểm công trình khoa học. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 2: Nâng cao hiệu quả truyền tin mật tầng vật lý cho mạng chuyển tiếp vô tuyến sử dụng kỹ thuật DF. Nội dung Chương 2 tập trung phân tích hai bài toán điển hình trong mạng chuyển tiếp vô tuyến sử dụng kỹ thuật Giải mã - Chuyển tiếp là: hệ thống mạng có sự xuất hiện một trạm thu lén (DF1E – DF 1 Eavesdropper) và mạng có sự xuất hiện của nhiều trạm thu lén (DFME – DF Mutliple Eavesdroppers) [T.
Đây là các bài toán quy hoạch không lồi và không có cách giải tìm nghiệm tối ưu toàn cục. Nghiên cứu biến đổi các bài toán quy hoạch không lồi này về dạng bài toán quy hoạch DC phù hợp, từ đó đề xuất hai thuật toán (giải thuật DCA-DF1E và DCA-DFME) cho các bài toán điển hình này. Phần thực nghiệm đã thể hiện tính ưu việt của các thuật toán đề xuất so với các thuật toán đã được công bố. Nội dung đề xuất giải thuật DCA-DF1E và kết quả thực nghiệm đã được trình bày tại Hội nghị châu Á về Hệ thống cơ sở dữ liệu và tính toán thông minh (Asean Conference on Intelligent Information and Database Systems - ACIIDS) năm 2016.
Kỷ yếu của Hội nghị được đăng trên ấn bản Lecture Note in Computer Science (LNCS) của nhà xuất bản Springer [T. Nội dung đề xuất giải thuật DCA-DFME và kết quả thực nghiệm đã được trình bày tại Hội nghị châu Á về Hệ thống cơ sở dữ liệu và tính toán thông minh (Asean Conference on Intelligent Information and Database Systems - ACIIDS) năm 2019. Kỷ yếu của Hội nghị được đăng trên ấn bản Lecture Note in Computer Science (LNCS) của nhà xuất bản Springer [T. Chương 3: Nâng cao hiệu quả bảo mật tầng vật lý cho mạng truyền tin vô tuyến sử dụng kỹ thuật AF.
Nội dung Chương 3 trình bày phân tích hai bài toán bảo mật điển hình trong mạng chuyển tiếp vô tuyến sử dụng kỹ thuật Khuếch đại - Chuyển tiếp là: trong 2 Kỷ yếu LNCS của Springer được liệt kê trong danh mục ISI và Scopus. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mạng có sự xuất hiện một trạm thu lén (AF1E - AF 1 Eavesdropper) và trong mạng có sự xuất hiện của nhiều trạm thu lén (AFME - AF Mulitple Eavesdroppers). Theo lý thuyết thông tin, các bài toán bảo mật này được đưa về dạng các bài toán quy hoạch không lồi nên không có cách giải tìm nghiệm tối ưu toàn cục. Phần này cũng trình bày một số phương pháp giải đã được công bố để tìm nghiệm cận tối ưu cho các bài toán này [T.6], việc tìm phương pháp giải cho nghiệm cận tối ưu tốt hơn đang là thách thức khoa học.
Nghiên cứu biến đổi hai bài toán bảo mật này về dạng bài toán quy hoạch DC một cách phù hợp để tạo cơ sở cho việc đề xuất hai thuật toán (DCA-AF1E và DCA-AFME) cho hai bài toán điển hình này. Phần thực nghiệm đã thể hiện tính ưu việt của hai thuật toán đề xuất so với các thuật toán đã được công bố. Nội dung đề xuất giải thuật DCA-AF1E và kết quả thực nghiệm đã được báo cáo tại Hội thảo khoa học bảo mật trong thời kỳ Cách mạng công nghiệp 4.0 (tháng 12/2019, tại Hà Nội) và đã được NCS hoàn thiện thành một bài báo gửi đăng tại tạp chí Khoa học – Kỹ thuật của Học viện Kỹ thuật quân sự [T. Nội dung đề xuất giải thuật DCA-AFME và kết quả thực nghiệm đã được báo cáo tại Hội nghị quốc tế về các ứng dụng của khoa học máy tính và toán ứng dụng ICCSAMA 2017 (International Conference on Computer Science, Applied Mathematics and Applications).
Kỷ yếu của Hội nghị được đăng trên ấn bản AISC- Advances in Intelligent Systems and Computing của nhà xuất bản Springer năm 2018 [T. Phần cuối Chương 3 trình bày kết quả thực nghiệm so sánh hiệu quả truyền tin mật giữa hai kỹ thuật chuyển tiếp DF và AF trong trường hợp hệ thống có nhiều trạm thu lén, đồng thời đưa ra khuyến cáo thực hành về số lượng trạm chuyển tiếp cần thiết so với số trạm nghe lén để hệ thống hoạt động hiệu quả. Kết quả thực nghiệm cũng làm rõ khả năng bí mật thông tin với các trạm nghe lén 3 Tạp chí được Hội đồng Giáo sư nhà nước tính điểm công trình khoa học 4 Ấn phẩm AISC của Springer được liệt kê trong danh mục ISI và Scopus 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com theo lý thuyết bảo mật tầng vật lý dựa theo giá trị SNR tại trạm thu hợp pháp và trạm thu lén. Các kết quả này được NCS xây dựng thành một bài báo đăng trên Chuyên san khoa học Nghiên cứu khoa học và công nghệ trong lĩnh vực An toàn thông tin, số 2 năm 2019 [T.
5 Ấn phẩm Khoa học và Công nghệ trong lĩnh vực An toàn thông tin được Hộ đồng Giáo sư nhà nước tính điểm công trình khoa học. 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 1: BÀI TOÁN BẢO MẬT TẦNG VẬT LÝ, QUY HOẠCH DC VÀ GIẢI THUẬT DCA 1.1 Giới thiệu Hiện nay, hầu hết các phương pháp đảm bảo bí mật trong hệ thống truyền tin là dựa vào kỹ thuật mật mã (cryptography) để mã hóa nội dung thông tin cần bảo mật từ nơi gửi đến nơi nhận. Mô hình tổng quát cho hệ thống này được thể hiện như trên Hình 1. Theo đó, người gửi là Alice muốn gửi một bản tin cho người nhận là Bob, còn Eve – người nghe lén, không thể biết được nội dung bản tin.
Để đảm bảo yêu cầu trên, Alice sử dụng một hoặc một vài thuật toán mã hóa kết hợp với khóa mã để mã hóa bản tin. Bob biết về thuật toán mã hóa được sử dụng nên đã dùng khóa bí mật hợp lệ do anh ta có để giải mã bản bản tin. Còn Eve, có thể biết về thuật toán mã hóa được sử dụng, nhưng không biết về khóa mã được sử dụng, nên sẽ rất khó giải mã được bản tin do Alice gửi cho Bob.1: Mô hình truyền tin cần bảo mật thông dụng. Phương pháp bảo mật thông tin truyền thống sử dụng các thuật toán mật mã tại các tầng phía trên trong mô hình truyền tin đa tầng đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi.
Hiện tại, các phương pháp này vẫn được cho là đảm bảo an toàn trong nhiều mô hình ứng dụng. Tuy nhiên, mức độ an toàn của các thuật toán mật mã này thường phụ thuộc vào độ khó của việc giải mã khi không có khóa. Do đó, khi máy tính lượng tử thực sự được áp dụng thì độ khó này sẽ không còn là thách thức đối với mã thám [17]. Một xu hướng khác cho bảo mật mạng vô tuyến được nghiên cứu rộng rãi trong thời gian gần đây là bảo mật truyền tin tầng vật lý (PLS) mà không sử dụng các thuật toán mật mã và có thể kháng lại thám mã lượng tử.
Thực tế thì hướng 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiên cứu về bảo mật tầng vật lý đã được Tiến sĩ Aaron D. Wyner đề xuất từ năm 1975 [1]. Wyner đã chứng minh rằng có thể truyền tin mật với tốc độ Cs (Cs > 0) trong hệ thống truyền tin có sự xuất hiện của người nghe lén (Eavesdropper). Tuy nhiên, tại thời điểm đó Wyner đưa ra một giả thiết quan trọng trong các kết quả của mình là kênh truyền giữa người gửi (Alice) và người nghe lén (Eve), được gọi là kênh nghe lén (wire-tap channel), có độ suy hao lớn hơn kênh truyền từ người gửi đến người nhận hợp pháp (Bob), hay còn gọi là kênh chính (main channel).
Giả thiết này khó được đảm bảo do kênh nghe lén thường không được kiểm soát nên ý tưởng của Wyner chưa được quan tâm trong những năm sau đó. Kênh chính Giải mã kênh Alice (Main channel) (Decoder) Bob Nguồn tin Mã kênh (Source) (Encoder) Kênh nghe lén Giải mã kênh Eve (Wire-tap channel) (Decoder) Hình 1.2: Mô hình kênh nghe lén tổng quát của Wyner. Wyner quan tâm đến hệ thống truyền tín hiệu số trên kênh rời rạc, không nhớ (Discrete, Memoryless Channel - DMC) có nhiễu và có sự tham gia của người nghe lén (wire-tapper) tại một kênh DMC có nhiễu khác. Với giả thiết là kênh truyền hoàn hảo, không lỗi (perfect transmission, error-free) ông đã chỉ ra mối quan hệ giữa cặp giá trị (R, d), với R là tốc độ truyền tin cực đại từ Alice tới Bob, d là độ mập mờ (equivocation) về nguồn tin của người nghe lén (Eve) đối với dữ liệu thu được.
Đặc biệt, theo lý thuyết thông tin, nếu d bằng với độ bất định (entropy) của nguồn tin Hs thì có thể kết luận rằng quá trình truyền tin là tuyệt đối an toàn. Chú ý: Entropy H(x) là sự ước lượng về mức độ không xác định được của biến ngẫu nhiên x. H(x) luôn không âm, H(x) = 0 nếu như biến x đã hoàn toàn được xác định. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong công trình của mình, Wyner chứng tỏ rằng, tồn tại giá trị Cs (Cs > 0), theo đó quá trình truyền tin tin cậy có thể đạt tới tốc độ Cs là có thể chấp nhận như tuyệt đối an toàn, khi này Cs được gọi là dung lượng truyền tin mật (secrecy capacity) của hệ thống.
Một phát triển mở rộng hơn cho các kết quả của Aaron D.