Blockchain-Based Distributive Auction for Relay-Assisted Secure Communications
Creators
- 1. Loughborough University
- 2. Botswana International University of Science and Technology
- 3. King Saud University
Description
Physical layer security (PLS) is considered as a promising technique to prevent information eavesdropping in wireless systems. In this context, cooperative relaying has emerged as a robust solution for achieving PLS due to multipath diversity and relatively lower transmission power. However, relays or the relay operators in the practical environment are unwilling for service provisioning unless they are incentivized for their cost of services. Thus, it is required to jointly consider network economics and relay cooperation to improve system efficiency. In this paper, we consider the problem of joint network economics and PLS using cooperative relaying and jamming. Based on the double auction theory, we model the interaction between transmitters seeking for a particular level of secure transmission of information and relay operators for suitable relay and jammer assignment, in a multiple source-destination networks. In addition, theoretical analyses are presented to justify that the proposed auction mechanism satisfies the desirable economic properties of individual rationality, budget balance, and truthfulness. As the participants in the traditional centralized auction framework may take selfish actions or collude with each other, we propose a decentralized and trustless auction framework based on blockchain technology. In particular, we exploit the smart contract feature of blockchain to construct a completely autonomous framework, where all the participants are financially enforced by smart contract terms. The security properties of the proposed framework are also discussed.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يعتبر أمن الطبقة المادية (PLS) تقنية واعدة لمنع التنصت على المعلومات في الأنظمة اللاسلكية. في هذا السياق، برز الترحيل التعاوني كحل قوي لتحقيق PLS بسبب التنوع متعدد المسارات وقوة الإرسال المنخفضة نسبيًا. ومع ذلك، فإن المرحلات أو مشغلي المرحلات في البيئة العملية غير راغبين في توفير الخدمة ما لم يتم تحفيزهم على تكلفة الخدمات. وبالتالي، من المطلوب النظر بشكل مشترك في اقتصاديات الشبكة والتعاون المرحلي لتحسين كفاءة النظام. في هذه الورقة، ننظر في مشكلة اقتصاديات الشبكات المشتركة و PLS باستخدام الترحيل والتشويش التعاوني. استنادًا إلى نظرية المزاد المزدوج، نقوم بنمذجة التفاعل بين أجهزة الإرسال التي تسعى إلى مستوى معين من النقل الآمن للمعلومات ومشغلي الترحيل لتعيين الترحيل والتشويش المناسبين، في شبكات متعددة المصدر والوجهة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تقديم التحليلات النظرية لتبرير أن آلية المزاد المقترحة تفي بالخصائص الاقتصادية المرغوبة للعقلانية الفردية وتوازن الميزانية والصدق. نظرًا لأن المشاركين في إطار المزاد المركزي التقليدي قد يتخذون إجراءات أنانية أو يتواطؤون مع بعضهم البعض، فإننا نقترح إطار مزاد لامركزي وغير موثوق به يعتمد على تقنية البلوك تشين. على وجه الخصوص، نستغل ميزة العقد الذكي في البلوك تشين لبناء إطار عمل مستقل تمامًا، حيث يتم فرض جميع المشاركين ماليًا بموجب شروط العقد الذكي. كما تمت مناقشة الخصائص الأمنية للإطار المقترح.Translated Description (French)
La sécurité de la couche physique (PLS) est considérée comme une technique prometteuse pour empêcher l'écoute d'informations dans les systèmes sans fil. Dans ce contexte, le relais coopératif est apparu comme une solution robuste pour atteindre le PLS en raison de la diversité des trajets multiples et de la puissance de transmission relativement faible. Cependant, les relais ou les opérateurs de relais dans l'environnement pratique ne sont pas disposés à fournir des services à moins d'être incités pour leur coût des services. Ainsi, il est nécessaire d'envisager conjointement l'économie de réseau et la coopération de relais pour améliorer l'efficacité du système. Dans cet article, nous examinons le problème de l'économie de réseau conjointe et du PLS en utilisant le relais et le brouillage coopératifs. Sur la base de la théorie de la double enchère, nous modélisons l'interaction entre les émetteurs recherchant un niveau particulier de transmission sécurisée des informations et les opérateurs de relais pour une affectation appropriée des relais et des brouilleurs, dans un réseau multi-source-destination. En outre, des analyses théoriques sont présentées pour justifier que le mécanisme d'enchères proposé satisfait les propriétés économiques souhaitables de rationalité individuelle, d'équilibre budgétaire et de véracité. Comme les participants au cadre d'enchères centralisé traditionnel peuvent prendre des mesures égoïstes ou s'entendre les uns avec les autres, nous proposons un cadre d'enchères décentralisé et sans confiance basé sur la technologie blockchain. En particulier, nous exploitons la fonctionnalité de contrat intelligent de la blockchain pour construire un cadre complètement autonome, où tous les participants sont financièrement appliqués par des conditions contractuelles intelligentes. Les propriétés de sécurité du cadre proposé sont également discutées.Translated Description (Spanish)
La seguridad de la capa física (PLS) se considera una técnica prometedora para evitar la escucha de información en los sistemas inalámbricos. En este contexto, la retransmisión cooperativa ha surgido como una solución sólida para lograr PLS debido a la diversidad de trayectorias múltiples y la potencia de transmisión relativamente menor. Sin embargo, los relés o los operadores de relés en el entorno práctico no están dispuestos a la prestación de servicios a menos que estén incentivados por su costo de servicios. Por lo tanto, se requiere considerar conjuntamente la economía de la red y la cooperación de retransmisión para mejorar la eficiencia del sistema. En este documento, consideramos el problema de la economía de la red conjunta y el PLS mediante la retransmisión cooperativa y la interferencia. Basándonos en la teoría de la doble subasta, modelamos la interacción entre los transmisores que buscan un nivel particular de transmisión segura de información y los operadores de retransmisión para una asignación adecuada de relés e interferencias, en múltiples redes de origen-destino. Además, se presentan análisis teóricos para justificar que el mecanismo de subasta propuesto satisface las propiedades económicas deseables de racionalidad individual, equilibrio presupuestario y veracidad. Como los participantes en el marco de subasta centralizado tradicional pueden tomar medidas egoístas o coludirse entre sí, proponemos un marco de subasta descentralizado y sin confianza basado en la tecnología blockchain. En particular, explotamos la función de contrato inteligente de blockchain para construir un marco completamente autónomo, donde todos los participantes se ven financieramente obligados por términos de contrato inteligente. También se discuten las propiedades de seguridad del marco propuesto.Files
08764421.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:435ec2ebfc4c89f3f8f14068d44a17e9
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مزاد توزيعي قائم على البلوك تشين للاتصالات الآمنة المدعومة بالترحيل
- Translated title (French)
- Enchère distributive basée sur une chaîne de blocs pour les communications sécurisées assistées par relais
- Translated title (Spanish)
- Subasta distributiva basada en blockchain para comunicaciones seguras asistidas por retransmisión
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2956550238
- DOI
- 10.1109/access.2019.2929136
References
- https://openalex.org/W108218230
- https://openalex.org/W1492886275
- https://openalex.org/W1508364540
- https://openalex.org/W1903683453
- https://openalex.org/W1954680538
- https://openalex.org/W2008561659
- https://openalex.org/W2014108823
- https://openalex.org/W2016228265
- https://openalex.org/W2032433825
- https://openalex.org/W2040479782
- https://openalex.org/W2043769961
- https://openalex.org/W2055726117
- https://openalex.org/W2072777748
- https://openalex.org/W2087530244
- https://openalex.org/W2093022366
- https://openalex.org/W2098944100
- https://openalex.org/W2099837771
- https://openalex.org/W2100111964
- https://openalex.org/W2109394932
- https://openalex.org/W2120073444
- https://openalex.org/W2120100612
- https://openalex.org/W2124431228
- https://openalex.org/W2139311641
- https://openalex.org/W2140762252
- https://openalex.org/W2151998746
- https://openalex.org/W2154478276
- https://openalex.org/W2157151173
- https://openalex.org/W2171048418
- https://openalex.org/W2285179791
- https://openalex.org/W2392113277
- https://openalex.org/W2521408679
- https://openalex.org/W2544710688
- https://openalex.org/W2557975510
- https://openalex.org/W2597397099
- https://openalex.org/W2604096638
- https://openalex.org/W2604844934
- https://openalex.org/W2606467208
- https://openalex.org/W2621040166
- https://openalex.org/W2728360598
- https://openalex.org/W2748264495
- https://openalex.org/W2766982895
- https://openalex.org/W2785387605
- https://openalex.org/W2792035477
- https://openalex.org/W2792775858
- https://openalex.org/W2798711290
- https://openalex.org/W2807792246
- https://openalex.org/W2815905097
- https://openalex.org/W2884246368
- https://openalex.org/W2955516410
- https://openalex.org/W2962747394
- https://openalex.org/W4251083239
- https://openalex.org/W4400945