PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, hầu hết các phương pháp đảm bảo bí mật trong hệ thống truyền tin đều dựa vào kỹ thuật thuật toán mật mã để mã hóa nội dung thông tin cần bảo mật từ nơi gửi đến nơi nhận. Thông thường, quá trình này được thực hiện tại các tầng phía trên của tầng vật lý trong mô hình mạng truyền tin nhiều tầng.
Phương pháp bảo mật truyền thống sử dụng các thuật toán mật mã khóa đối xứng hoặc phi đối xứng hiện vẫn được cho là an toàn trong nhiều mô hình ứng dụng. Tuy nhiên, mức độ an toàn của các thuật toán mật mã này thường dựa trên độ khó của bài toán giải mã khi không có khóa. Do đó, thách thức về khả năng duy trì mức độ an toàn đối với các thuật toán mã hóa truyền thống khi máy tính lượng tử ra đời là rất lớn. Hơn nữa, các thuật toán mật mã truyền thống gặp nhiều khó khăn khi triển khai trong các mạng vô tuyến cỡ lớn do sự khác biệt về các bài toán khó được sử dụng, khác biệt về các giao thức mật mã, tiêu tốn tài nguyên do độ phức tạp cao và do các vấn đề quản lý khóa.
Một xu hướng khác mới nổi trong việc bảo mật thông tin truyền trên mạng vô tuyến là bảo mật dữ liệu tầng vật lý (Physical Layer Security – PLS) mà không sử dụng thuật toán mật mã. PLS sử dụng lý thuyết thông tin và xử lý tín hiệu để đạt được bảo mật dựa trên tính không hoàn hảo của lớp vật lý. PLS tập trung vào lớp vật lý, với thông tin vô tuyến PLS chú ý đến và dựa trên các đặc trưng vật lý của kênh vô tuyến như fading, tạp, nhiễu và phương pháp mã kênh để chống lại việc nghe lén. Vì không dựa vào các bài toán phức tạp, PLS có độ phức tạp tính toán thấp, tiết kiệm tài nguyên. Ngoài ra, nhờ thực hiện ở lớp vật lý, các kỹ thuật bảo mật có thể điều chỉnh chiến lược truyền dẫn và tham số để phù hợp với sự thay đổi của kênh truyền.
Thực tế thì hướng nghiên cứu về PLS đã được khởi xướng từ năm 1975 bởi Tiến sĩ Aaron D. Wyner [1]. Bằng những quan điểm của lý thuyết thông tin, Wyner đã chứng minh rằng có thể truyền tin mật với tốc độ C (C > 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 điều kiện quan trọng trong các kết quả của mình là kênh truyền giữa người gửi đến người nghe lén có độ suy hao lớn hơn kênh truyền từ người gửi đến người nhận hợp pháp. Giả thiết này khó được đảm bảo do không xác định được chất lượng của kênh nghe lén, nên công bố của Wyner chưa thực sự được quan tâm trong một thời gian dài.
Ý tưởng của Wyner mới được tiếp tục mở rộng nghiên cứu mạnh mẽ trong khoảng hơn mười năm gần đây. Các mô hình và kết quả nghiên cứu này đã gắn liền với những tiến bộ về kỹ thuật truyền tin, đặc biệt là kỹ thuật truyền tin có định hướng theo búp sóng (beamforming) và kỹ thuật tương tác fading kênh chủ động trong các hệ thống truyền tin đa ăng ten, các kết quả nghiên cứu này đã rất gần với việc triển khai trong thực tế.
