Cross-Layer Device Authentication With Quantum Encryption for 5G Enabled IIoT in Industry 4.0

计算机科学 计算机网络 加密 认证(法律) 计算机安全 分布式计算
作者
Dongyang Xu,Keping Yu,J.A. Ritcey
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:18 (9): 6368-6378 被引量:57
标识
DOI:10.1109/tii.2021.3130163
摘要

Industrial Internet of Things (IIoT), a core enabler of Industry 4.0, is evolving rapidly to tackle the challenges imposed by explosive real-time manufacturing data in the context of Internet and telecommunication industry. 5G technology is the key to addressing such challenges. This is done by bypassing upper authentication protocols and supporting small data transmission during initial access, which, however, causes serious security breaches in IIoT device authentication. To solve this, in this article propose a secure cross-layer authentication framework based on quantum walk on circles. The system performs random hash coding on multidomain physical-layer resources to encode and decode device identifiers securely, while using a quantum walk based privacy-preserving protocol to maintain code privacy at arbitrary high level, being controlled by the number of occupied physical resources. The upper bound of decoding errors is derived and a nonconvex integer programming problem of minimizing the bound is formulated to characterize the security performance. The space of one-time keys for encryption is also derived that show how high privacy and scalability advantage is maintained against classical and quantum computers. Finally, we derive novel expressions of failure probability of this new authentication system and numerically show that our scheme can bring ultrahigh level of security and privacy protection with low latency despite attack.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
李健的粉丝团团长的应助被shi采纳,获得30
刚刚
柚岫完成签到,获得积分10
刚刚
刚刚
1秒前
1秒前
Chaya发布了新的文献求助10
2秒前
李暴龙完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
3秒前
4秒前
越来越没意思了完成签到,获得积分20
4秒前
5秒前
李暴龙发布了新的文献求助10
5秒前
cheney发布了新的文献求助10
6秒前
Siv发布了新的文献求助10
6秒前
小Q发布了新的文献求助10
6秒前
yangrf发布了新的文献求助10
7秒前
魏小小完成签到,获得积分10
7秒前
曾经如是发布了新的文献求助10
7秒前
1111完成签到,获得积分10
7秒前
追寻听云的应助被二巨头采纳,获得10
8秒前
8秒前
自由雪冥完成签到,获得积分10
9秒前
jpl完成签到,获得积分10
9秒前
快点毕业发布了新的文献求助10
10秒前
12秒前
TTRO完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
你一定行的完成签到 ,获得积分10
14秒前
夜月残阳完成签到,获得积分10
14秒前
流沙包完成签到,获得积分10
15秒前
谢雷XIELei的应助被自由雪冥采纳,获得10
16秒前
16秒前
隐形曼青的应助被快点毕业采纳,获得10
17秒前
木子发布了新的文献求助20
17秒前
ivy完成签到,获得积分10
19秒前
YY的应助被寒冷的断秋采纳,获得30
19秒前
爱笑念芹完成签到,获得积分10
20秒前
科研农民工完成签到,获得积分10
20秒前
20秒前
高分求助中
(应助此贴封号)通过应助OA文献获取积分 10000
Rosenblum, Global Change Biology 800
Management and the Arts 510
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 400
Geschichtliche Grundbegriffe (GGB), Band 5: Pro–Soz 300
Die Religion in Geschichte und Gegenwart (RGG), 4. Auflage, Band 7: R–S 300
Die Religion in Geschichte und Gegenwart (RGG), 4. Auflage, Band 1: A–B 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 计算机科学 工程类 纳米技术 内科学 物理 有机化学 化学工程 生物化学 复合材料 光电子学 细胞生物学 心理学 量子力学 催化作用 物理化学 电极
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7818818
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9346874
关于积分的说明 20538002
捐赠科研通 7411338
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3332107
关于科研通互助平台的介绍 2478266
邀请新用户注册赠送积分活动 2351849