颠覆隐蔽通信！DRIS技术实现同步检测与无源干扰，无需信道知识和额外功耗
文章来源 微信公众号 EW Frontier
一、文章题目
基于迪斯科可重构智能表面（DRIS）的隐蔽通信同步检测与干扰技术
二、摘要
隐蔽通信相比密码学和物理层安全（PLS）能提供更强的隐私保护，但现有隐蔽通信研究均隐含假设信道互易性成立（即无线信道在相干时间内保持恒定或近似恒定）。本文研究了一种由监控者Willie部署的迪斯科可重构智能表面（DRIS）对隐蔽通信的影响——DRIS通过随机时变的反射系数扮演“迪斯科球”的角色，引入时变全无源干扰（FPJ），从而打破信道互易性假设。该DRIS无需获取Bob的信道信息，也无需额外干扰功率，既能干扰Alice与Bob之间的隐蔽传输，又能降低Willie的检测误码率。为量化DRIS对隐蔽通信的影响，本文首先为Willie设计了考虑DRIS时变FPJ的检测规则，将虚警率（FAR）、漏检率（MDR）定义为Willie的检测性能指标，将信干噪比（SJNR）定义为Alice-Bob隐蔽传输的通信性能指标。基于该检测规则，推导了Willie判断通信是否发生的检测阈值，并对Willie的FAR、MDR以及Bob的SJNR进行了理论分析，揭示了DRIS-based FPJ在隐蔽通信中的独特性质。最后通过数值仿真验证了理论分析的有效性，并评估了DRIS对隐蔽通信的影响。
三、引言
由于无线信道的广播特性和叠加特性，无线系统天生易受各类恶意攻击，这一问题在物联网（IoT）时代尤为关键——物联网传输的数据常包含健康、位置等敏感个人信息，而在政府和军事场景中，通信隐蔽性更是至关重要。因此，传输安全与隐私保护研究迅速发展。隐蔽通信（又称低检测概率通信）通过将传输信号隐藏在环境噪声中，避免被敌对监控者发现，其隐私保护级别优于密码学和物理层安全（PLS）——若监控者Willie未察觉传输存在，便不会尝试解码信号中的信息。
早期研究已确立隐蔽通信的基本极限：在Alice与Willie之间的加性高斯白噪声（AWGN）信道中，无需知晓噪声功率即可在n次信道使用中传输o(√n)比特，且检测概率可任意低；若已知噪声功率下界，则可传输O(√n)比特。后续研究通过非正交多址（NOMA）、Turbo编码、中继协作、人工噪声等技术进一步提升隐蔽通信性能，但这些研究均假设时分双工（TDD）信道的互易性成立。
可重构智能表面（RIS）作为改善无线通信性能的关键技术，通过大量可编程反射单元调整反射系数，在不显著增加功耗和成本的前提下提升系统性能，其在隐蔽通信中的应用已被初步探索。但DRIS（迪斯科RIS）的出现打破了信道互易性假设——DRIS的反射系数随机时变，可引入主动信道老化（ACA），即使在信道相干时间内也会破坏TDD信道互易性，且无需合法用户信道知识和额外干扰功率即可发起全无源干扰（FPJ）。
本文提出利用DRIS破坏隐蔽通信中信道互易性的创新思路，主要贡献包括：构建DRIS存在下的隐蔽通信模型，设计Willie的检测规则与性能指标；推导DRIS影响下的信道统计特性、检测阈值及FAR、MDR的闭合表达式，分析SJNR的渐近特性；揭示DRIS-based FPJ的独特性质；通过仿真验证理论分析的准确性。
四、方法简介
1. 系统模型设计
场景部署：Alice向Bob进行隐蔽传输，Willie部署N_D单元DRIS（由FPGA控制器调节反射系数），DRIS靠近Alice部署，Willie与Bob位于DRIS远场区域。DRIS的反射系数（相位和幅度）随机时变且独立同分布，支持b比特量化。
信道模型：直接信道（Alice-Bob、Alice-Willie）和DRIS相关信道（DRIS-Bob、DRIS-Willie）采用远场高斯模型；Alice-DRIS信道采用近场莱斯衰落模型，包含视距（LoS）和非视距（NLoS）分量。
2. 检测规则与阈值推导
决策逻辑：Willie通过判断接收信号样本是否满足“N个及以上样本功率超过对应阈值”，区分“Alice传输（H₁）”和“Alice静默（H₀）”两种事件。
阈值优化：基于似然比检验（LRT）推导时变检测阈值ε(m)，该阈值考虑了DRIS时变干扰的影响，与无DRIS场景下的固定阈值形成区别。
3. 性能指标定义
检测性能：虚警率（FAR，H₀时误判为H₁的概率）、漏检率（MDR，H₁时误判为H₀的概率）。
通信性能：信干噪比（SJNR），反映Bob接收信号的有效强度，其 achievable速率为R_b=log₂(1+η_b)。
4. 理论分析方法
利用中心极限定理推导DRIS信道的渐近高斯分布特性；
基于信道统计特性和LRT推导检测阈值的闭合表达式；
推导FAR和MDR的数学表达式，分析SJNR随DRIS单元数量、发射功率的渐近行为。
5. 仿真验证设置
关键参数：DRIS含2048个反射单元，1位量化反射系数，Alice发射功率范围-15~5 dBm，Willie在相干时间内取M=5个样本，信道衰落模型采用3GPP标准。
对比基准：无DRIS场景、主动干扰（AJ）场景，分析DRIS单元数量、量化精度、Alice-DRIS距离、检测样本数等因素的影响。
五、结论
DRIS通过随机时变反射系数引入全无源干扰（FPJ），既能降低Willie的FAR和MDR（提升检测准确性），又能显著干扰Alice-Bob的隐蔽传输——即使Willie发生漏检，DRIS仍能通过主动信道老化（ACA）破坏通信质量，且无需获取Alice-Bob的信道信息（CSI）和额外干扰功率。
增加Alice的发射功率无法有效提升通信性能：一方面，SJNR会随发射功率增大渐近收敛至恒定值；另一方面，更高发射功率会加剧DRIS干扰的影响，同时显著提高Willie的检测概率。
低量化精度DRIS即可满足需求：1位量化的DRIS配合大量反射单元，就能有效提升Willie的检测精度并恶化Alice-Bob的通信性能；DRIS应尽可能靠近Alice部署，以最大化干扰和检测效果。
本文揭示了非法RIS对隐蔽通信的重大威胁，未来研究需聚焦对抗措施，如基于人工智能的信号分类/异常检测、自适应波束成形等技术，以保障隐蔽通信的安全性。
