RIS智能超表面可行性论证

论文：IRShield: A Countermeasure Against Adversarial Physical-Layer Wireless Sensing

发表在2022 IEEE Symposium on Security and Privacy (SP) CCFA类会议

一、简介

文章指出，在2025年之前，全球将有超过750亿台联网设备，这些设别都依赖于WI-FI、BLE、NB-IoT或ZigBee等标准的无线连接。

由于无线连接的开放性，因此其本质上是与第三方共享的，由于其开放性，引起攻击者可以嗅探来自RF的敏感信息。攻击者可以远程观察由于墙壁、物体和人体造成的信号反射进而得到隐私信息，这种方式称为对抗性无线传感。

本文主要提出了一种防御物理层对抗无线传感的策略，该策略解决了以下挑战：

1.设备未知性：设计了一种独立于部署设备的解决方案以应对各种各样不同的无线设备。

2.在对抗对抗性无线传感的同时不影响正常通信。

3.使用智能超表面技术进行信道混淆。

提出的IRShield通过随机算法来实现混淆，无论特定设备或波形如何，IRShield总会影响无线电波传播，以此满足目标1。此外，IRShield不分配无线信道，只是随机影响它，因此解决目标2.

本文的贡献主要是第一次提出了将IRS技术应用到防御对抗无线传感策略上，同时实现了与现有无线基础设施的即插即用，最后对所提出的技术进行了一系列实验评估结果证明了所提出方案的有效性，其数据在https://doi.org/10.5281/zenodo.6367411可查

二、背景介绍

A.无线感知模型

先解释几个概念

1）信道响应：是指信号在传输过程中受到信道影响后的响应。在通信系统中，信号传输过程中会遇到各种噪声和失真，导致接收端接收到的信号与发送端发送的信号不同。信道响应描述了信号在经过信道传输时受到的这些影响。也称为信道状态信息。

2）平均信道标准差：是无线信道传输中的一个重要参数，用于描述信道的稳定性和可靠性。信道标准差是指信道系数的标准差，通常用来衡量信道的抖动程度，即信号在传输过程中受到的各种干扰和衰减等影响所导致的信道质量的波动情况。

3）NLOS：Non-Line-of-Sight的缩写，中文意思为“非直视通”，在通信领域中指的是信号无法直接在发射端和接收端之间传播的情况。这种情况通常发生在信号需要穿过建筑物、山丘、障碍物等物体时，这些物体会使信号发生反射、折射、散射等现象，从而使信号无法直接到达接收端，导致信号传输质量下降。重点是非直接到达的信号。

在无线通信环境中，信道响应是根据已知的前导序列定期估计的，随后将根据接收到的信号进行补偿。这个过程实际上就是在发射信号时，发送端在数据之前发送一个已知的序列，我们在接收端成功提取这个序列之后通过比较提取到的序列与原始序列的差异，可以估计信道响应的影响，并进行信道补偿。

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