Integrated Communications and Security: RIS-Assisted Simultaneous Transmission and Generation of Secret Keys

我们通过利用可重构智能表面（RIS）的概念，开发了一种新的集成通信和安全（ICAS）设计范式。特别地，我们提出了一种利用RIS进行同时传输和秘密密钥生成的方法，通过共享RIS来完成这两个任务。具体而言，合法的收发器打算在存在智能攻击者的情况下通过配置RIS的相移来联合优化数据传输速率和密钥生成速率。我们首先推导了RIS辅助物理层密钥生成（PLKG）的密钥生成速率。然后，为了获得最优的RIS配置，我们将问题制定为安全传输（ST）博弈，并证明了纳什均衡（NE）的存在，并推导出静态博弈的NE点。对于动态ST博弈，我们将问题建模为有限马尔可夫决策过程，并提出了一种无模型强化学习方法来获得NE点。特别地，考虑到合法的收发器在实际条件下无法获取攻击者的信道状态信息（CSI），我们开发了一种基于深度循环Q网络（DRQN）的动态ST策略，以学习最优的RIS配置。我们提供了算法的详细信息，然后分析了系统复杂性。我们的仿真结果表明，即使只有部分观测信息，所提出的基于DRQN的动态ST策略也比基准策略表现更好，并通过为数据传输和PLKG分配适当的权重因子实现了“一次性密码本”通信。

论文提出了一种基于可重构智能表面（RIS）的集成通信和安全设计范例，旨在同时实现传输和秘钥生成，并在智能攻击者的存在下共享RIS进行优化。

论文提出了一种动态的安全传输策略，利用深度递归Q网络（DRQN）进行学习，以实现最优RIS配置。

论文提出的DRQN方法在部分观测信息下表现出更好的性能，实现了“一次性密码本”通信。论文使用了安全传输（ST）博弈和有限马尔可夫决策过程（MDP）进行优化，分析了系统复杂性。

在最近的相关研究中，有一些类似的RIS-assisted PLKG方案被提出，例如“Intelligent Reflecting Surface Assisted Secure Wireless Communications”和“Secure Transmission via Intelligent Reflecting Surface: Design and Optimization”。