Wireless spectrum is a limited resource that must be used efficiently. It is also a broadcast medium, hence, additional procedures are required to maintain communication over the wireless spectrum private. In this thesis, we investigate three key issues related to efficient use and privacy of wireless spectrum use. First, we propose GAVEL, a truthful short-term auction mechanism that enables efficient use of the wireless spectrum through the licensed shared access model. Second, we propose CPRecycle, an improved Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) receiver that retrieves useful information from the cyclic prefix for interference mitigation thus improving spectral efficiency. Third and finally, we propose WiFi Glass, an attack vector on home WiFi networks to infer private information about home occupants. First we consider, spectrum auctions. Existing short-term spectrum auctions do not satisfy all the features required for a heterogeneous spectrum market. We discover that this is due to the underlying auction format, the sealed bid auction. We propose GAVEL, a truthful auction mechanism, that is based on the ascending bid auction format, that avoids the pitfalls of existing auction mechanisms that are based on the sealed bid auction format. Using extensive simulations we observe that GAVEL can achieve better performance than existing mechanisms. Second, we study the use of cyclic prefix in Orthogonal Frequency Division Multiplexing. The cyclic prefix does contain useful information in the presence of interference. We discover that while the signal of interest is redundant in the cyclic prefix, the interference component varies significantly. We use this insight to design CPRecycle, an improved OFDM receiver that is capable of using the information in the cyclic prefix to mitigate various types of interference. It improves spectral efficiency by decoding packets in the presence of interference. CPRecycle require changes to the OFDM receiver and can be deployed in most networks today. Finally, home WiFi networks are considered private when encryption is enabled using WPA2. However, experiments conducted in real homes, show that the wireless activity on the home network can be used to infer occupancy and activity states such as sleeping and watching television. With this insight, we propose WiFi Glass, an attack vector that can be used to infer occupancy and activity states (limited to three activity classes), using only the passively sniffed WiFi signal from the home environment. Evaluation with real data shows that in most of the cases, only about 15 minutes of sniffed WiFi signal is required to infer private information, highlighting the need for countermeasures.

Η διαμόρφωση με πολύπλεξη συχνότητας ορθογωνίων φερουσών (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM) είναι μια μέθοδος η οποία εξασφαλίζει άριστη αξιοποίηση του διαθέσιμου εύρους συχνοτήτων, ενώ παράλληλα παρέχει τα πλεονεκτήματα της μετάδοσης μέσω πολλαπλών φερουσών (multicarrier transmission). Το σημαντικότερο χαρακτηριστικό της είναι ότι επιτρέπει τη μετάδοση μέσω επιλεκτικών στη συχνότητα καναλιών χρησιμοποιώντας απλές διαδικασίες ισοστάθμισης. Το χαρακτηριστικό αυτό συνέβαλε στην εδραίωσή της ως μία από τις επικρατέστερες μεθόδους διαμόρφωσης για την υψηλού ρυθμού μετάδοση δεδομένων μέσω ασύρματων μέσων. Το αντικείμενο της εργασίας είναι η μελέτη αλγορίθμων και αρχιτεκτονικών για το συγχρονισμό σε ασύρματους τηλεπικοινωνιακούς δέκτες που στηρίζονται στη διαμόρφωση OFDM. Ο συγχρονισμός είναι μία διαδικασία η οποία αποτελεί ακρογωνιαίο λίθο για οποιοδήποτε τηλεπικοινωνιακό σύστημα. Ιδιαίτερα όμως για δέκτες OFDM, έχει εντοπιστεί ως ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση. Το πρόβλημα παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον, καθώς η φύση της διαμόρφωσης καθιστά απαγορευτική την εφαρμογή πολλών από τις μεθόδους που έχουν αναπτυχθεί για συστήματα μετάδοσης με μονή φέρουσα, ενώ παράλληλα θέτει νέες παραμέτρους στο πρόβλημα. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε κατά την εκπόνηση της εργασίας περιλάμβανε σε πρώτη φάση τη μελέτη αλγοριθμικών λύσεων που έχουν προταθεί κατά καιρούς για το συγχρονισμό. Το ενδιαφέρον επικεντρώθηκε σε βασικές τεχνικές με ευρεία εφαρμοσιμότητα ενώ ο στόχος της ανάλυσης ήταν να γίνουν κατανοητές με διαισθητικό τρόπο, στοιχειώδεις ιδέες οι οποίες χρησιμοποιούνται κατά κόρον για την επίλυση του προβλήματος του συγχρονισμού. Κατά τη δεύτερη φάση έγινε μια μελέτη γύρω από τις λεπτομέρειες που σχετίζονται με την υλοποίηση ορισμένων από τους αλγορίθμους συγχρονισμού σε επίπεδο αρχιτεκτονικής VLSI. Το ενδιαφέρον επικεντρώθηκε σε μια αρχιτεκτονική μέσω της οποίας μπορεί να επιτευχθεί τυφλός συγχρονισμός για έναν ασύρματο δέκτη OFDM. Κατά την ανάλυση χρησιμοποιήθηκε ως βάση ένα αρκετά γενικό μοντέλο συστήματος OFDM βασικής ζώνης. Για την αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής εκτελέστηκε ένα εκτενές σύνολο πειραμάτων, το οποίο είχε ως στόχο τον προσδιορισμό και την ποσοτικοποίηση των επιδόσεων τόσο για τη μονάδα συγχρονισμού, όσο και για το συνολικό τηλεπικοινωνιακό σύστημα. Από τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας προέκυψαν πολύ ενδιαφέροντα συμπεράσματα για την ευαισθησία της τεχνικής OFDM σε σφάλματα συγχρονισμού καθώς επίσης και για την πολυπλοκότητα υλοποίησης της μονάδας συγχρονισμού. / The summary is not available.