Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-03-08T12:29:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) JOAO VICTOR DE CARVALHO EVANGELISTA_DISSERTACAO_VERSAO_FINAL_2016.pdf: 4051425 bytes, checksum: c53a5039b8aa3054c77f2ee82a10849f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-08T12:29:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) JOAO VICTOR DE CARVALHO EVANGELISTA_DISSERTACAO_VERSAO_FINAL_2016.pdf: 4051425 bytes, checksum: c53a5039b8aa3054c77f2ee82a10849f (MD5) Previous issue date: 2016-08-16 / Message authentication, which ensures that a received message comes from its acclaimed sender, is of fundamental importance for secure communication systems. We consider in this work a physical layer authentication system employing tag signals embedded in the message to provide a robust authentication method. This work diverges from previous work in the area when it comes to the tag generation method. While the previous works use methods based on cryptographic hash functions or on the channel side information our system employs unidimensional chaotic maps to generate these tags. Due to the loss of information about the initial condition of chaotic maps, we show that they are strong candidates for the tag generation process. We prove that chaotic tags provide a positive lower bound on the unconditional security of the system. Additionally, we calculate the probability of success for three possible attacks to the authentication system: impersonation, substitution and replay.Finally, we analyze how the system parameters affect these probabilities and some performance metrics (bit error rate, outage probability, probability of false negative) and explore the tradeoff between security and performance in order to provide guidelines to design the system. / A autenticação de mensagem, o que garante que uma mensagem recebida vem de seu aclamado remetente, é de fundamental importância para sistemas de comunicação seguros. Neste contexto, considera-se neste trabalho um sistema de autenticação em camada física empregando tags embutidos nas mensagens proporcionando um robusto método de autenticação. Este trabalho diverge de trabalhos anteriores na área no que se refere ao método de geração de tags. Enquanto os trabalhos anteriores utilizam métodos baseados em funções criptográficas de hash e na informação do estado do canal, nosso sistema emprega mapas caóticos unidimensionais para gerar os tags. Devido ao fato de que a informação sobre a condição inicial se perde ao longo de uma órbita caótica mostraremos que elas são fortes candidatas para o processo de geração de tags. Provamos que tags caóticos garantem um limitante inferior positivo na segurança incondicional do sistema. Adicionalmente, nós calculamos a probabilidade de sucesso de três tipos de ataque: de personificação, de substituição e de repetição. Para finalizar, analisamos como os parâmetros do sistema afetam essas probabilidades e algumas métricas de performance (taxa de erro por bit, probabilidade de interrupção e probabilidade de falso negativo) e os compromissos entre segurança e performance para prover um guia de projeto do sistema.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-07-19T18:40:00Z No. of bitstreams: 1 victorfernandes.pdf: 1092306 bytes, checksum: 4a32aa04ed1256ce18768180de089629 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-09T12:20:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 victorfernandes.pdf: 1092306 bytes, checksum: 4a32aa04ed1256ce18768180de089629 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T12:20:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 victorfernandes.pdf: 1092306 bytes, checksum: 4a32aa04ed1256ce18768180de089629 (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Essa dissertação tem por objetivo mostrar os benefícios em termos de desempenho e confiabilidade de um modelo de canal híbrido de baixa taxa de dados que pode ser aplicado a smart grids e internet das coisas. Esse modelo é chamado de hybrid power line communication-wireless single-relay channel (HSRC), que consiste do uso paralelo e mútuo dos modelos single-relay channel baseado em transmissão de dados via rede elétrica e sem fio. Para mostrar os benefícios do mesmo, foi considerado que a posição do nó de retransmissão é variável, também foi assumida alocação de potência uniforme e ótima sob restrição de potência, bem como o uso de dois protocolos de cooperação: amplify-andforward (AF) e decode-and-forward (DF). Além disso, essa dissertação discute o modelo HSRC incompleto, que é caracterizado pela perda de um enlace de comunicação de dados ou uma interface de comunicação de um nó no modelo HSRC. Primeiramente, foi apresentada a formulação matemática no que tange a taxa de dados ergódica e probabilidade de outage dos dois modelos mencionados. Em seguida, foi realizada a análise numérica dos mesmos. Por fim, os resultados numéricos foram analisados e mostraram que tanto o HSRC quanto o HSRC incompleto têm performance melhores do que o single-relay channel baseado em transmissão de dados via rede elétrica ou sem fio para todas as posições do nó de retransmissão e protocolos de cooperação considerados. Também, os resultados mostraram que a posição relativa entre os nós de fonte, destino e de retransmissão impactam significativamente na taxa de dados ergódica bem como na probabilidade de outage. Ainda, foi mostrado o impacto da perda de cada enlace de comunicação de dados ou interface de comunicação de um nó (HSRC incompleto) quando a posição relativa do nó de retransmissão muda. Por último, é mostrado que a diferença de desempenho entre os protocolos de cooperação AF e DF reduz quando o modelo HSRC é utilizado e que a melhor posição para o nó de retransmissão é entre os nós fonte e destino em termos de taxa de dados ergódica. / This dissertation aims at discussing improvements of performance and reliability of lowbit rate data communication technologies applied to smart grids and internet of things. In this regard, a comprehensive analysis of the ergodic achievable data rate and the outage probability of the so-called low-bit rate hybrid power line communication-wireless singlerelay channel (HSRC) model, which jointly and in parallel uses power line and wireless channels for data transmission, is presented. In order to highlight the benefits of such hybrid channel model for the target applications when the relative position of relay node changes, optimal and uniform power allocations under sum power constraint, amplifyand-forward (AF) and decode-and-forward (DF) cooperative protocols are taken into account. Moreover, this dissertation discusses the so-called incomplete HSRC which is characterized by the loss of one data communication link or node communication interface in a HSRC. Numerical results show that the HSRC and incomplete HSRC remarkably outperform power line or wireless single-relay channels for all considered positions of the relay node and the chosen cooperative protocols. Furthermore, these results show that the relative distances among source, relay and destination nodes significantly impact the achievable data rate and outage probabilities. In addition, the impact of each missing data communication link or node communication interface (incomplete HSRC) when the relay position, relative to source and destination nodes, changes is quantified. Finally, but not the least, it is shown that the performance difference between AF and DF protocols reduces when the HSRC model is taken into account and that the best relay position is in the middle between source and destination nodes.