分层网络中的安全模拟网络编码

接收端带边信息的安全混合数模编码

Secure Hybrid Digital-Analog Coding With Side Information at the Receiver

在这项工作中，传输一个独立同分布高斯源的独立同分布高斯窃听信道与独立同分布高斯边信息可在预期的接收机的问题被认为是。假定预期接收器具有某个最小SNR，并且假定窃听者与预期接收器相比具有严格较低的SNR。其目的是尽量减少在预期的接收机源重建的失真。在这项工作中，它表明，信源信道分离编码方案是最佳的意义上实现最小失真。然后提出了两种数模混合Wyner-Ziv编码方案，以实现最小失真。这些安全联合信源-信道编码方案在模拟信源未被明确量化时基于Wyner-Ziv编码方案和窃听信道编码方案。在主信道信噪比失配的情况下，对所提出的安全数模混合方案进行了分析。证明了所提出的方案可以在SNR失配的情况下，随着SNR的变化，当实际SNR大于设计SNR时，

模拟安全分布式矩阵乘法

Analog Secure Distributed Matrix Multiplication

本文提出利用单位根多项式插值的复数域SDMM方案及基于复化技术的实数域构造，分析了范德蒙德矩阵条件数界，方案兼具良好数值稳定性、低信息泄漏，实数域方案计算效率更高。

一般SNR体制下的模拟网络编码：贪婪方案的性能

Analog network coding in general SNR regime: Performance of a greedy scheme

研究了在有向链路的分层中继网络中，采用模拟网络编码实现单播通信的最大速率问题。执行模拟网络编码的中继节点缩放并转发在其输入处接收的信号。最近，这个问题已被认为是在一定的假设下，每个节点的缩放因子和接收到的SNR。在此之前，我们建立了一个结果，使我们能够表征的最佳性能的模拟网络编码的网络场景超出了那些可以使用基于这样的假设的方法进行分析。这项工作的主要贡献是一个计划greetly计算下限的最佳速率可实现的模拟网络编码在一般的分层网络。该方案允许精确计算的最佳可实现的速率在更广泛的分层网络比那些可以使用现有的方法来解决。对于高斯N-中继菱形网络的特定情况下，据我们所知，该方案提供了第一个精确的表征模拟网络编码可实现的最佳速率。此外，对于一般的分层网络，我们的计划允许我们计算的最佳速率在一个恒定的差距从割集上界渐近源功率。

一般SNR体制下的模拟网络编码

Analog Network Coding in General SNR Regime

研究了在有向链路的分层无线中继网络中，采用模拟网络编码实现单播通信的最大速率问题。执行模拟网络编码的中继节点缩放并转发在其输入处接收的信号。最近，这个问题已经被认为是在两个假设下：（A）每个中继节点缩放其接收到的信号，其发射功率约束的上限，（B）在特定的子集的网络中的中继节点在高信噪比制度。我们确定假设（A）通常会导致次优的端到端速率。我们还刻画了模拟网络编码在对称分层网络类中的性能，而无需假设（B）。这项工作的主要贡献是一个引理，指出一个全局最优的一组缩放因子的分层中继网络中的节点，最大化的端到端的速率可以逐层计算。具体地，层中的节点的速率最优缩放因子集合是使下一层中的节点的总速率最大化的缩放因子集合。这种关键的洞察力使我们能够表征网络场景中的模拟网络编码性能，这些网络场景超出了使用现有方法可以分析的网络场景。我们说明了这一点，通过计算模拟网络编码在一个特定的分层网络中，在各种通信场景下实现的最大速率。

A Robust Secure Hybrid Analog and Digital Receive Beamforming Scheme for Efficient Interference Reduction

Medium-scale or large-scale receive antenna array with digital beamforming can be employed at receiver to make a significant interference reduction, but leads to expensive cost and high complexity of the RF-chain circuit. To deal with this issue, a classic analog-and-digital beamforming (ADB) structure was proposed in the literature for greatly reducing the number of RF-chains. Based on the ADB structure, we in this paper propose a robust hybrid ADB scheme to resist directions of arrival (DOAs) estimation errors. The key idea of our scheme is to employ null space projection (NSP) in analog bea…

安全联合源-具有辅助信息的信道编码

Secure Joint Source-Channel Coding With Side Information

在这项工作中，传输一个独立同分布高斯源的独立同分布高斯窃听信道与独立同分布高斯边信息被认为是问题。假定预期接收器具有某个最小SNR，并且假定窃听者与预期接收器相比具有严格较低的SNR。其目标是最小化在预期接收器处的源重构的失真。在这项工作中，它表明，不像高斯窃听信道没有边信息，香农的源信道分离编码方案是不是最佳的意义上实现最小失真。在此基础上，提出了三种数模混合安全联合信源信道编码方案。第一种编码方案是基于Costa的脏纸编码方案和窃听信道编码方案时，模拟源没有明确量化。第二编码方案基于安全数字信号和混合数字-模拟信号的叠加。研究表明，对于在带边信息的高斯窃听信道上传输高斯信源的问题，存在无穷多个最优安全信源-信道编码方案。在第三编码方案中，量化信号和模拟误差信号被显式地叠加。它表明，该计划提供了一个最佳的安全联合信源信道信道编码方案与一个可变数量的binning无限的家庭。最后，在主信道信噪比失配的情况下，对所提出的安全数模混合方案进行了分析。证明了所提出的方案可以在SNR失配的情况下，随着SNR的变化，当实际SNR大于设计SNR时，

一般SNR体制下的模拟网络编码：网络简化性能

Analog Network Coding in General SNR Regime: Performance of Network Simplification

我们考虑一个通信场景，其中源通过有向分层中继网络与目的地通信。每个继电器执行模拟网络编码，其中它缩放并转发在其输入处接收的信号。在这种情况下，我们解决的问题：什么部分的最大端到端可实现的速率可以保持，如果只有一小部分的中继节点在每一层可用？我们考虑，特别是，高斯钻石网络（分层网络与单层中继节点）和一类对称分层网络。对于这些网络，我们证明了每个中继层在有和没有网络简化（在每层中使用k个而不是N个中继，k < N）的情况下增加最佳模拟网络编码性能之间的加性差距不超过log（N/k）^2比特，并且相应的乘法差距不超过（N/k）^2的因子，渐近地（在源功率中）。据我们所知，这项工作提供了第一个表征的性能，网络简化一般分层放大转发中继网络。此外，与大多数目前的近似结果，试图约束最佳速率内的添加剂的差距或乘法的差距，我们的研究结果提出了一个新的速率近似方案，允许同时计算的添加剂和乘法的差距。

Analog Secure Distributed Matrix Multiplication over Complex Numbers

This work considers the problem of distributing matrix multiplication over the real or complex numbers to helper servers, such that the information leakage to these servers is close to being information-theoretically secure. These servers are assumed to be honest-but-curious, i.e., they work according to the protocol, but try to deduce information about the data. The problem of secure distributed matrix multiplication (SDMM) has been considered in the context of matrix multiplication over finite fields, which is not always feasible in real world applications. We present two schemes, which allo…

带边信息的信源在噪声信道中的安全传输

Secure Transmission of Sources over Noisy Channels with Side Information at the Receivers

本文研究在接收端边信息任意相关的情况下，信源-信道编码的保密传输问题。这个场景包括一个编码器（称为Alice），它希望压缩一个源，并通过一个有噪声的信道将其发送到一个合法的接收器（称为Bob）。在这种情况下，爱丽丝必须同时满足所需的要求失真水平在鲍勃，和含糊率在窃听者（称为夏娃）。该设置可以被看作是在解码器处具有（未编码的）辅助信息的安全信源编码和窃听信道的问题的一般化。率失真模糊区域上的一般外界，以及基于纯数字方案的内界，推导出任意信道和边信息。在某些特殊情况下，证明了这种数字方案是最优的，分离成立。然而，它也表明，通过一个简单的反例与二进制源，一个纯模拟方案可以优于数字的，同时是最佳的。在此基础上，在带宽匹配的前提下，提出了一种新的数模混合方案，该方案综合了数模混合方案的优点。在二次高斯设置时，边信息只存在于窃听，该策略被证明是最优的。此外，它优于数字和模拟方案，并且不能通过分时实现。通过适当的编码，边信息、信道噪声和Bob处的失真之间的任何统计差异的存在都可以在保密性方面被充分利用。

联邦学习中的完美隐私模拟安全聚合

Perfectly-Private Analog Secure Aggregation in Federated Learning

本文提出一种基于环面的联邦学习安全参数聚合方法，利用环面均匀分布实现完美隐私且避免精度损失，实验表明其性能优于有限域方案。

Secure Hybrid Digital and Analog Precoder for mmWave Systems with low-resolution DACs and finite-quantized phase shifters

Millimeter wave (mmWave) communication has been regarded as one of the most promising technologies for the future generation wireless networks because of its advantages of providing a ultra-wide new spectrum and ultra-high data transmission rate. To reduce the power consumption and circuit cost for mmWave systems, hybrid digital and analog (HDA) architecture is preferred in such a scenario. In this paper, an artificial-noise (AN) aided secure HDA beamforming scheme is proposed for mmWave MISO system with low resolution digital-to-analog converters (DACs) and finite-quantized phase shifters on …

Secure Communication for Spatially Correlated Massive MIMO with Low-Resolution DACs

In this paper, the performance of a secure massive multiple-input multiple-output (MIMO) system adopting low-resolution digital-to-analog converters (DACs) is analyzed over spatially correlated wireless channels. A tight lower bound for the achievable secrecy rate is derived with artificial noise (AN) transmitted in the null space of the user channels. Using the analytical results, the impact of spatial correlation on the secrecy rate is explicitly evaluated in the presence of low-resolution DACs. The analytical observations reveal that using low-resolution DACs can be beneficial to the secrec…

广义高信噪比模拟网络编码

Analog Network Coding in the Generalized High-SNR Regime

在最近的一篇论文[4]中，Marić等人分析了分层中继网络中模拟网络编码（ANC）在高SNR状态下的性能。他们已经证明，在ANC方案下，如果每个中继在功率约束的上界发送接收信号，则传输速率将接近网络容量。在本文中，我们考虑了一个更一般的情况下定义为广义高信噪比制度，其中在层$l$的中继与$L$层的分层中继网络不满足高信噪比条件，然后确定ANC中继方案在这样的网络。通过将节点处的接收SNR与传播的噪声相关联，我们推导出本文提出的ANC方案所能达到的速率。结果表明，在高信噪比下，随着中继接收功率的增加，可达到的ANC速率接近ANC容量的上界。两种ANC方案的比较意味着[4]中提出的方案在广义高SNR状态下可能并不总是最佳方案。结果还表明，ANC率的上限和下限在极限一致的中继在L-1层不满足高信噪比条件趋于无穷大，产生一个渐近容量的结果。

高斯信源在高斯信道上的信源-信道广播混合数模编码

Hybrid Digital-Analog Codes for Source-Channel Broadcast of Gaussian Sources over Gaussian Channels

研究了在均方误差失真准则下，并行高斯信源在加性高斯白噪声广播信道上的广播问题。提出了一种数模混合编码策略，将信源编码与边信息、信道编码与边信息、分层信源编码和叠加广播信道编码相结合。当专门广播一个白高斯源的加性白高斯噪声广播信道的带宽不匹配，这已经是几个以前的调查的主题的开放性问题，这种编码方案严格改进的最先进的。

通信网络的分层与前向-后向对偶

Layering of Communication Networks and a Forward-Backward Duality

在分层通信网络中，相邻层中的中间结点之间仅存在连接。将网络编码应用于这样的网络在理论上和实践中提供了许多好处。我们提出了一个“分层过程”将任意网络转换为分层结构。此外，我们推导出线性网络码的“前向-后向对偶”，这可以看作是MIMO通信系统中的“上行-下行对偶”的类比。

一种基于 $q$-多项式体的保密线性网络编码信息泄露框架

A $q$-Polymatroid Framework for Information Leakage in Secure Linear Network Coding

本文提出了一种基于 $q$-多项式体的框架，用于分析和量化保密线性网络编码中的信息泄露，并扩展了 Massey 的对应关系到秩度量设置。

混合波束聚焦设计用于RSMA增强的近场安全通信

Hybrid Beamfocusing Design for RSMA-Enhanced Near-Field Secure Communications

本文提出一种基于RSMA的近场安全通信方案，通过混合模拟-数字天线架构实现高效保密传输，提升安全性的同时降低射频链路需求。

Secure Millimeter Wave Cloud Radio Access Networks Relying on Microwave Multicast Fronthaul

In this paper, we investigate the downlink secure beamforming (BF) design problem of cloud radio access networks (C-RANs) relying on multicast fronthaul, where millimeter-wave and microwave carriers are used for the access links and fronthaul links, respectively. The base stations (BSs) jointly serve users through cooperating hybrid analog/digital BF. We first develop an analog BF for cooperating BSs. On this basis, we formulate a secrecy rate maximization (SRM) problem subject both to a realistic limited fronthaul capacity and to the total BS transmit power constraint. Due to the intractabili…

多跳模拟网络编码：一种放大转发方法

Multi-hop Analog Network Coding: An Amplify-and-Forward Approach

在本文中，我们研究了一种基于放大转发（AF）的模拟网络编码（ANC）中继方案在多跳无线网络中的个人功率约束下的性能。在第一部分中，考虑单播场景。找到最大可达速率的问题被公式化为一个优化问题。而不是解决这个非凹的最大化问题，我们得到的最优速率的上限和下限。对于分层中继网络，得到了一个封闭形式的类割集上界。针对两跳并行网络，提出了一种伪最优AF方案，该方案不同于传统方案，所有放大增益均取最大可能值。给出了新方案和传统方案都能达到上界半比特速率的条件，并在分层中继网络中给出了一种基于AF的多跳ANC方案。证明了当网络处于广义高信噪比状态时，最优速率的下界可以渐近达到上界。在第二部分中，两跳多址接入信道（MAC）通过AF中继的最佳速率区域进行了研究。以类似的方式，我们首先推导出它的外边界，然后专注于设计低复杂度的基于AF的ANC方案，用于不同的场景。给出了几个例子，数值结果表明，ANC方案的可达速率区域可以执行接近外边界。

Secure Communication for Spatially Sparse Millimeter-Wave Massive MIMO Channels via Hybrid Precoding

In this paper, we investigate secure communication over sparse millimeter-wave (mm-Wave) massive multiple-input multiple-output (MIMO) channels by exploiting the spatial sparsity of legitimate user's channel. We propose a secure communication scheme in which information data is precoded onto dominant angle components of the sparse channel through a limited number of radio-frequency (RF) chains, while artificial noise (AN) is broadcast over the remaining nondominant angles interfering only with the eavesdropper with a high probability. It is shown that the channel sparsity plays a fundamental r…

K用户干扰信道：可调的保密速率和自由度

K-user Interference Channels: Achievable Secrecy Rate and Degrees of Freedom

在这项工作中，我们考虑对称$K$ -用户（$K \ge 3$）干扰信道的机密消息可实现的保密率。我们发现，嵌套格码和分层编码是有用的，在这些通道提供保密。对于非常强的干扰，导出了可扩展的保密率。此外，我们推导出安全的自由度的信道参数的范围。作为我们的方法的一个副产品，我们还证明了嵌套格码是有用的K-用户对称干扰信道的保密约束，因为它们产生更高的自由度比以前的结果。

对抗多个窃听者的安全空中计算使用相关人工噪声

Secure Over-the-Air Computation Against Multiple Eavesdroppers using Correlated Artificial Noise

本文提出了一种零强迫人工噪声设计，以提高对抗多个协作窃听者的空中计算安全性，同时保持聚合精度。

用于安全近场集成感知与通信的速率分裂多址接入

Rate-Splitting Multiple Access for Secure Near-Field Integrated Sensing and Communication

本文提出了一种基于速率分裂多址接入的近场集成感知与通信安全传输方案，通过灵活管理干扰、人工噪声抑制窃听和传感序列实现高精度感知与保密性能。

对单个序列进行完全安全的加密

Perfectly secure encryption of individual sequences

类似于众所周知的概念有限状态压缩性的个别序列，由于Lempel和Ziv，我们定义了一个类似的概念“有限状态可压缩性”的一个单独的明文序列，作为最小的渐近密钥速率，必须消耗有限状态可压缩性，以保证完美的保密性在一个明确的意义。我们的主要基本结果是，有限状态的可压缩性是等于有限状态的压缩性为每一个单独的序列。这与香农的经典概率对应结果是平行的，香农断言所需的最小密钥速率等于源的熵速率。然而，被定义为加密问题中的上限（直接部分）和下限（逆向部分）之间的间隙的冗余，与与压缩问题相关的类似冗余相比，以不同的速率（实际上，慢得多）衰减。我们还扩展我们的主要定理在几个方向，允许：（i）在解密器/解密器/窃听器的侧信息（SI）的可用性，（ii）在解密器的有损重建，和（iii）的组合，有损重建和SI，在Wyner-Ziv问题的精神。

使用有限的RF链保护大规模MIMO系统

Secure Massive MIMO Systems with Limited RF Chains

在未来大规模多输入多输出（MIMO）系统的实际部署中，基站（BS）处的射频（RF）链的数量可以比BS天线的数量小得多，以减少总体支出。在本文中，我们提出了一种新的设计框架，联合数据和人工噪声（AN）预编码的多用户大规模MIMO系统与有限数量的RF链，提高了无线安全性能。与不完美的信道状态信息（CSI），我们解析推导出一个可实现的下限上的遍历保密率的任何移动终端（MT），模拟和混合预编码方案。封闭形式的下限是用来确定最佳的数据和AN之间的功率分配，通过简单的一维搜索，最大限度地提高保密率。理论分析和数值计算结果表明，该混合预编码器虽然与理论全维预编码器相比保密率有所降低，但避免了大规模矩阵求逆和零空间计算的高计算复杂性，大大降低了硬件成本.

近场通信中的物理层安全

Physical Layer Security in Near-Field Communications

本文提出近场安全传输框架，通过两阶段混合波束赋形算法最大化近场保密容量，并揭示近场安全主要依赖合法用户与窃听者之间的距离差异而非角度差异。

差分隐私安全乘法：在噪声的瓦砾中隐藏信息

Differentially Private Secure Multiplication: Hiding Information in the Rubble of Noise

该研究针对诚实节点占少数的分布式多方乘法场景，融合差分隐私与Shamir秘密共享思路提出分层噪声分布的编码方案，给出了该场景下隐私-准确性权衡的紧致刻画。