論文の概要: Physical Layer Challenge-Response Authentication between Ambient Backscatter Devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.18767v1
• Date: Mon, 23 Jun 2025 15:36:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-24 19:06:37.060644
• Title: Physical Layer Challenge-Response Authentication between Ambient Backscatter Devices
• Title（参考訳）: 物理層チャレンジ-アンビエント後方散乱装置間の応答認証
• Authors: Yifan Zhang, Yongchao Dang, Masoud Kaveh, Zheng Yan, Riku Jäntti, Zhu Han,
• Abstract要約: Ambient Backscatter Communication (AmBC)は、ユビキタスIoT(Internet of Things)アプリケーションにおいて不可欠な部分となっている。 従来の認証手法は、高い計算要求のため、リソース制約された後方散乱装置間では実装できない。 本稿では,AmBCにおけるBD間の物理層チャレンジ応答認証方式であるPLCRA-BDを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.816320594936727
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Ambient backscatter communication (AmBC) has become an integral part of ubiquitous Internet of Things (IoT) applications due to its energy-harvesting capabilities and ultra-low-power consumption. However, the open wireless environment exposes AmBC systems to various attacks, and existing authentication methods cannot be implemented between resource-constrained backscatter devices (BDs) due to their high computational demands.To this end, this paper proposes PLCRA-BD, a novel physical layer challenge-response authentication scheme between BDs in AmBC that overcomes BDs' limitations, supports high mobility, and performs robustly against impersonation and wireless attacks. It constructs embedded keys as physical layer fingerprints for lightweight identification and designs a joint transceiver that integrates BDs' backscatter waveform with receiver functionality to mitigate interference from ambient RF signals by exploiting repeated patterns in OFDM symbols. Based on this, a challenge-response authentication procedure is introduced to enable low-complexity fingerprint exchange between two paired BDs leveraging channel coherence, while securing the exchange process using a random number and unpredictable channel fading. Additionally, we optimize the authentication procedure for high-mobility scenarios, completing exchanges within the channel coherence time to minimize the impact of dynamic channel fluctuations. Security analysis confirms its resistance against impersonation, eavesdropping, replay, and counterfeiting attacks. Extensive simulations validate its effectiveness in resource-constrained BDs, demonstrating high authentication accuracy across diverse channel conditions, robustness against multiple wireless attacks, and superior efficiency compared to traditional authentication schemes.
• Abstract（参考訳）: Ambient Backscatter Communication (AmBC)は、エネルギーハーベッティング能力と超低消費電力のため、ユビキタスモノのインターネット(IoT)アプリケーションにおいて不可欠な部分となっている。 そこで本稿では,AmBCにおけるBD間の新たな物理層対応認証方式であるPLCRA-BDを提案する。これは,BDの制限を克服し,高移動性をサポートし,かつ,不正行為や無線攻撃に対して堅牢に対処する。 埋め込み鍵を物理層指紋として軽量な識別のために構築し、OFDMシンボルの繰り返しパターンを利用して、BDの後方散乱波形を受信機能と統合し、周囲のRF信号からの干渉を軽減するジョイントトランスシーバーを設計する。 これに基づいて、チャネルコヒーレンスを利用した2対のBD間の低複雑さ指紋交換を可能にするとともに、ランダム数と予測不能なチャネルフェードを用いた交換プロセスを確保するために、チャレンジ応答認証手順を導入する。 さらに,ハイモビリティシナリオの認証手順を最適化し,チャネルコヒーレンス時間内での交換を完了し,動的チャネル変動の影響を最小限に抑える。 セキュリティ分析は、不正行為、盗聴、リプレイ、偽造攻撃に対する抵抗を確認している。 広範囲なシミュレーションにより、リソース制約のあるBDの有効性が検証され、様々なチャネル条件における高い認証精度、複数の無線攻撃に対する堅牢性、従来の認証方式よりも優れた効率性を示す。

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