論文の概要: Physical-Layer Fingerprint-Space Capacity Analysis for 100BASE-TX Devices in IIoT
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.27164v1
- Date: Thu, 27 Aug 2026 14:16:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-28 16:30:58.442513
- Title: Physical-Layer Fingerprint-Space Capacity Analysis for 100BASE-TX Devices in IIoT
- Title(参考訳): IIoTにおける100BASE-TXデバイスの物理層指紋空間容量解析
- Abstract要約: 産業用IoT(Industrial Internet of Things)ネットワークは100BASE-TXなどのイーサネット技術を産業用通信に広く採用している。
産業ネットワークの規模が拡大するにつれ、デバイス不正行為や不正アクセスを防ぐための信頼性の高いデバイス認証の重要性が高まっている。
物理層指紋認証は送信信号におけるデバイス依存の指紋特徴を利用しており、端末認証のためのハードウェアベースのアプローチを提供する。
本稿では,100BASE-TX伝送波形におけるデバイス依存波形差を特徴付ける非線形・インパルス応答モデル(NAIM)を提案する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 10.175189128224897
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Industrial Internet of Things (IIoT) networks widely adopt Ethernet technologies, such as 100BASE-TX, for industrial communications. As industrial networks continue to scale, reliable device authentication becomes increasingly important for preventing device impersonation and unauthorized access. Physical-layer fingerprinting (PLF) exploits device-dependent fingerprint features in transmitted signals and provides a hardware-based approach for terminal authentication. However, the distinguishable space supported by 100BASE-TX physical-layer fingerprints and its capacity boundary remain largely unexplored. To analyze the capacity of physical-layer fingerprints, this paper proposes a nonlinear and impulse-response model (NAIM) that characterizes device-dependent waveform differences in 100BASE-TX transmitted waveforms. The nonlinear component captures steady-state level deviations, while the impulse-response component describes the transition response during level transitions. The 100BASE-TX transmitter waveform requirements, the observation resolution determined by noise and analog-to-digital conversion (ADC) quantization, and the target bit-error ratio (BER) constrain the admissible fingerprint space. Under the NAIM model, the fingerprint-space capacity of 100BASE-TX terminals is derived as approximately $2.96\times10^{10}$ distinguishable states. Experiments on signals collected from 48 NICs under two cable conditions estimate a Gaussian-equivalent empirical capacity from the measured inter-device and within-device variations. Under the 5-m cable condition, empirical capacity and closed-set identification consistently rank the three NIC models, and a larger empirical capacity yields higher identification accuracy. These results demonstrate that the proposed capacity analysis provides a pre-deployment assessment for physical-layer fingerprinting in IIoT.
- Abstract(参考訳): 産業用IoT(Industrial Internet of Things)ネットワークは100BASE-TXなどのイーサネット技術を産業用通信に広く採用している。
産業ネットワークの規模が拡大するにつれ、デバイス不正行為や不正アクセスを防ぐための信頼性の高いデバイス認証の重要性が高まっている。
物理層指紋認証(PLF)は、送信信号におけるデバイス依存の指紋特徴を活用し、端末認証のためのハードウェアベースのアプローチを提供する。
しかし、100BASE-TX物理層指紋が支持する識別可能な空間とその容量境界はほとんど探索されていない。
本稿では,100BASE-TX伝送波形におけるデバイス依存波形差を特徴付ける非線形・インパルス応答モデル(NAIM)を提案する。
非線形成分は定常準位偏差を捉え、インパルス応答成分は準位転移時の遷移応答を記述する。
100BASE-TX送信機波形要求、ノイズとアナログ-デジタル変換(ADC)量子化によって決定される観測分解能、およびターゲットビットエラー比(BER)は許容可能な指紋空間を制約する。
NAIMモデルでは、100BASE-TX端末の指紋空間容量は約2.96\times10^{10}$の区別可能な状態に導かれる。
2つのケーブル条件下での48 NICから収集した信号の実験では、測定されたデバイス間およびデバイス内変動から、ガウス等価な実験能力が推定される。
5mケーブル条件下では、経験的容量と閉集合同定は三つのNICモデルを常にランク付けし、より大きな経験的容量はより高い識別精度をもたらす。
これらの結果から,提案するキャパシティ分析は,IIoTにおける物理層フィンガープリントのプリデプロイアセスメントを提供することが示された。
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