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Heitor Bruno Oliveira Galvão, José Valdemir dos Reis
Junior, Anderson L. Sanches, Guilherme Enéas Vaz
Silva,AndréCasteloBrancoSoares.
1
Análise de Segurança da Informação
utilizando Códigos Bidimensionais
2D MWOOC nas OCDMA-PONs com
Múltiplos Serviços.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
2. CÓDIGO ÓPTICO ORTOGONAL COM MÚLTIPLOS
COMPRIMENTOS DE ONDA (MWOOC)
3. SEGURANÇA EM OCDMA-PONs
3.1 FORMALISMO MATEMÁTICO ADOTADO
PARA A TAXA DE ERRO DE BIT (Pe)
4. RESULTADOS
5. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 2
1. INTRODUÇÃO
• Redes Ópticas Passivas (PONs);
• Componentes das Redes Ópticas Passivas: Terminal
de Linha Óptico (OLT), Divisor óptico passivo
(splitter), Unidade de Rede Óptica.
• Técnica de acesso múltiplo baseada em
multiplexação por divisão de código: OCDMA.
• Análise de Segurança dos Códigos Ópticos
Ortogonais em múltiplos comprimentos de onda. 3
1. INTRODUÇÃO
Figura 1 – Estrutura de uma Rede Óptica Passiva
4
2. CÓDIGO ÓPTICO ORTOGONAL COM
MÚLTIPLOS COMPRIMENTOS DE ONDA
(MWOOC)
• Acesso múltiplo por divisão de códigos (OCDMA);
• Os Códigos em OCDMA podem ser: unidimensionais
e bidimensionais;
• Códigos Ópticos Ortogonais;
• Representação dos Códigos Ópticos Ortogonais: (N,
W, λa, λb) , onde N é o comprimento do código, W é
a ponderação do código e λa e λb são
respectivamente a autocorrelação do canal e
correlação cruzada. 5
2. CÓDIGO ÓPTICO ORTOGONAL COM
MÚLTIPLOS COMPRIMENTOS DE ONDA
(MWOOC)
• É necessário manter a autocorrelação do canal
alta e a correlação cruzada baixa devido a
interferência de acesso múltiplo.
• Códigos bidimensionais são uma alternativa aos
códigos unidimensionais, pois possuem duas
dimensões: o comprimento de onda ou
frequência e espalhamento temporal.
6
3. SEGURANÇAEM OCDMA-PONs
• Em OCDMA-PONs devem ser consideradas variáveis
fundamentais no quesito segurança que são as
seguintes: a confidencialidade, a integridade, a
disponibilidade.
• Para melhorar a confidencialidade em uma rede
OCDMA usa-se processamento de sinal óptico
podendo ser abordado por três padrões: modificando
o tamanho do código, diminuindo a potência do
transceptor do assinante e usando codificação
dinâmica que é simplesmente alterar a sequência de
código constantemente. 7
3. SEGURANÇAEM OCDMA-PONs
• Parâmetros para verificação da segurança em
códigos ópticos ortogonais em múltiplos
comprimentos de onda: Taxa de Erro de Bit (Pe) e
a probabilidade de quebra da codificação OCDMA
(Pq).
• Principal fator que afeta a qualidade de serviço
oferecida pelo OCDMA: interferência de acesso
múltiplo (MAI).
8
2. CÓDIGO ÓPTICO ORTOGONAL COM
MÚLTIPLOS COMPRIMENTOS DE ONDA
(MWOOC)
• Sua caracterização é composta por uma variável
a mais que o Código Óptico Ortogonal (OOC)
que é o número de comprimentos de ondas
disponíveis, onde esta codificação é denominada
de OOC com múltiplos comprimentos de onda
(MWOOC);
• Representação da codificação OOC em múltiplos
comprimentos de onda: (MxN, W, λa, λb).
9
3.1 FORMALISMO MATEMÁTICO
ADOTADO PARA A TAXA DE ERRO DE BIT
(Pe)
• O formalismo adotado para o calculo da taxa de
erro de bit, foi o seguinte:
𝑃𝑒 ≤
1
2
𝐾−1
𝑖
𝑞𝑖𝐾−1
𝑖=𝑇ℎ 1 − 𝑞 𝑘 − 1 − 𝑖 (1)
onde Th representar o limiar de detecção do
receptor definido como a ponderação do código, K
o número de usuários simultâneos e q a
probabilidade média de acertos da sequência de
código desejada e é definido da seguinte forma:
𝑞 =
1
𝑝
𝑞0 +
𝑝−1
𝑝
𝑞i (2) 10
3.1 FORMALISMO MATEMÁTICO
ADOTADO PARA A TAXA DE ERRO DE BIT
(Pe)
• Onde q0 e qi são as possibilidades de conseguir
uma combinação adequada para uma sequência
inicial do grupo 0 e a do grupo i que varia de 1 a p
- 1.
• Os valores de q0 e qi aqui são calculados conforme
(3) e (4):
𝑞0 =
𝑤²(𝑃ℎ𝑖∗𝑝−1)
2𝑁(𝑃ℎ𝑖∗𝑝2−1)
(3)
𝑞𝑖 =
𝑤2 𝑃ℎ𝑖∗𝑝−1 +𝑤²
2𝑁(𝑃ℎ𝑖∗𝑝2−1)
(4)
11
4. RESULTADOS
12
Figura 1 – Simulação da Probabilidade de Erro de Bit para os
seguintes cenários: a) w=5 e Phi=9; b) w=6 e Phi=5; c) w=7 e Phi=4; e d)
w=8 e Phi=3. A medida que aumenta o número de usuários
simultâneos (K) diminui o valor de Pe aproxima-se de zero, porém
quando varia-se a ponderação há uma melhora significativa, conforme
primeiros valores de Pe no intervalo entre 5 e 10 da Figura 2. A partir
do número de usuários igual a 10 o valor da Pe aumenta, isso implica
dizer que outro parâmetro também influi nesses resultados que é a
probabilidade média de acerto.
4. RESULTADOS
13
Figura 2 – Primeiro cenário da análise da quebra da
codificação, onde Pq = 2,3351*1018 para uma ponderação
de w=4 e p=7.
4. RESULTADOS
14
Figura 3 – Segundo cenário da análise da quebra da
codificação, onde Pq = 3,1338*10-23 para uma ponderação
de w=4 e p=11. Conclui-se para uma mesma ponderação
em dois cenários diferentes, uma variação no número de
comprimentos de onda disponíveis a possibilidade de
quebra de uma sequência de código diminui.
5. CONCLUSÃO E TRABALHOS
FUTUROS
• Neste trabalho foi realizado uma análise de segurança dos códigos
ópticos ortogonais em múltiplos comprimentos de onda (MWOOCs)
utilizando duas figuras de mérito que são a Taxa de Erro de Bit (Pe)
onde de acordo com simulações computacionais foi observado que
para um aumento no número de usuários simultâneos o valor da
Taxa de Erro de Bit diminui e que para uma mesma ponderação em
dois cenários diferentes, ocorrendo uma variação no número de
comprimentos de ondas disponíveis a possibilidade de quebra de
uma sequência de código diminui.
• Para trabalhos futuros é necessário abordar outros tipos de famílias
de códigos para fazer comparações para verificar onde é possível ser
realizados melhorias de segurança em relação aos MWOOCs e
verificar todos os tipos de escutas que são usadas nas redes
OCDMAs devido aos dispositivos de escuta estarem cada vez mais
sofisticados e eficientes que são usadas nas redes de acesso em
OCDMAs. 15
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• Carneiro, V. G. A. (2015). Cdma óptico sobre óptica no espaço livre para comunicações móveis em sistemas de
defesa. Instituto Militar de Engenharia.
• dos Reis Junior, J. V. (2009). Modelagem de redes CDMA-PON baseadas em técnicas de cancelamento paralelo e
códigos corretores de erros. PhD thesis, Universidade de São Paulo.
• dos Reis Junior, J. V. (2014). Evoluções das técnicas de acesso múltiplo para as redes ópticas passivas - pon. Escola
de Engenharia de São Carlos.
• dos Reis Junior, J. V. (2015). Sistemas inteligentes aplicados às redes ópticas passivas com acesso múltiplo por
divisão de código ocdma-pon. Escola de Engenharia de São Carlos.
• Kwong, W. C., Yang, G.-C., Baby, V., Bre`s, C.-S., and Prucnal, P. R. (2005). Multiple- wavelength optical orthogonal
codes under prime-sequence permutations for optical cdma. Communications, IEEE Transactions on, 53(1):117–
123.
• MATHWORKS (2016). Matlab. http://opencadd.com.br/produto/ mathworks/.
• Nasaruddin, N. and Tsujioka, T. (2008). Design of reconfigurable multiweight wavelength-time optical codes for
secure multimedia optical cdma networks. In Com- munications, 2008. ICC’08. IEEE International Conference on,
pages 5437–5442. IEEE.
• Norazimah, M., Aljunid, S., Al-Khafaji, H. M., and Anuar, M. (2014). Investigating security of data retrieval for
different detection techniques in sac-ocdma systems. In Electronic Design (ICED), 2014 2nd International
Conference on, pages 117–121. IEEE.
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Análise de Segurança da Informação utilizando Códigos Bidimensionais 2D MWOOC nas OCDMA-PONs com Múltiplos Serviços

  • 1. Heitor Bruno Oliveira Galvão, José Valdemir dos Reis Junior, Anderson L. Sanches, Guilherme Enéas Vaz Silva,AndréCasteloBrancoSoares. 1 Análise de Segurança da Informação utilizando Códigos Bidimensionais 2D MWOOC nas OCDMA-PONs com Múltiplos Serviços.
  • 2. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. CÓDIGO ÓPTICO ORTOGONAL COM MÚLTIPLOS COMPRIMENTOS DE ONDA (MWOOC) 3. SEGURANÇA EM OCDMA-PONs 3.1 FORMALISMO MATEMÁTICO ADOTADO PARA A TAXA DE ERRO DE BIT (Pe) 4. RESULTADOS 5. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 2
  • 3. 1. INTRODUÇÃO • Redes Ópticas Passivas (PONs); • Componentes das Redes Ópticas Passivas: Terminal de Linha Óptico (OLT), Divisor óptico passivo (splitter), Unidade de Rede Óptica. • Técnica de acesso múltiplo baseada em multiplexação por divisão de código: OCDMA. • Análise de Segurança dos Códigos Ópticos Ortogonais em múltiplos comprimentos de onda. 3
  • 4. 1. INTRODUÇÃO Figura 1 – Estrutura de uma Rede Óptica Passiva 4
  • 5. 2. CÓDIGO ÓPTICO ORTOGONAL COM MÚLTIPLOS COMPRIMENTOS DE ONDA (MWOOC) • Acesso múltiplo por divisão de códigos (OCDMA); • Os Códigos em OCDMA podem ser: unidimensionais e bidimensionais; • Códigos Ópticos Ortogonais; • Representação dos Códigos Ópticos Ortogonais: (N, W, λa, λb) , onde N é o comprimento do código, W é a ponderação do código e λa e λb são respectivamente a autocorrelação do canal e correlação cruzada. 5
  • 6. 2. CÓDIGO ÓPTICO ORTOGONAL COM MÚLTIPLOS COMPRIMENTOS DE ONDA (MWOOC) • É necessário manter a autocorrelação do canal alta e a correlação cruzada baixa devido a interferência de acesso múltiplo. • Códigos bidimensionais são uma alternativa aos códigos unidimensionais, pois possuem duas dimensões: o comprimento de onda ou frequência e espalhamento temporal. 6
  • 7. 3. SEGURANÇAEM OCDMA-PONs • Em OCDMA-PONs devem ser consideradas variáveis fundamentais no quesito segurança que são as seguintes: a confidencialidade, a integridade, a disponibilidade. • Para melhorar a confidencialidade em uma rede OCDMA usa-se processamento de sinal óptico podendo ser abordado por três padrões: modificando o tamanho do código, diminuindo a potência do transceptor do assinante e usando codificação dinâmica que é simplesmente alterar a sequência de código constantemente. 7
  • 8. 3. SEGURANÇAEM OCDMA-PONs • Parâmetros para verificação da segurança em códigos ópticos ortogonais em múltiplos comprimentos de onda: Taxa de Erro de Bit (Pe) e a probabilidade de quebra da codificação OCDMA (Pq). • Principal fator que afeta a qualidade de serviço oferecida pelo OCDMA: interferência de acesso múltiplo (MAI). 8
  • 9. 2. CÓDIGO ÓPTICO ORTOGONAL COM MÚLTIPLOS COMPRIMENTOS DE ONDA (MWOOC) • Sua caracterização é composta por uma variável a mais que o Código Óptico Ortogonal (OOC) que é o número de comprimentos de ondas disponíveis, onde esta codificação é denominada de OOC com múltiplos comprimentos de onda (MWOOC); • Representação da codificação OOC em múltiplos comprimentos de onda: (MxN, W, λa, λb). 9
  • 10. 3.1 FORMALISMO MATEMÁTICO ADOTADO PARA A TAXA DE ERRO DE BIT (Pe) • O formalismo adotado para o calculo da taxa de erro de bit, foi o seguinte: 𝑃𝑒 ≤ 1 2 𝐾−1 𝑖 𝑞𝑖𝐾−1 𝑖=𝑇ℎ 1 − 𝑞 𝑘 − 1 − 𝑖 (1) onde Th representar o limiar de detecção do receptor definido como a ponderação do código, K o número de usuários simultâneos e q a probabilidade média de acertos da sequência de código desejada e é definido da seguinte forma: 𝑞 = 1 𝑝 𝑞0 + 𝑝−1 𝑝 𝑞i (2) 10
  • 11. 3.1 FORMALISMO MATEMÁTICO ADOTADO PARA A TAXA DE ERRO DE BIT (Pe) • Onde q0 e qi são as possibilidades de conseguir uma combinação adequada para uma sequência inicial do grupo 0 e a do grupo i que varia de 1 a p - 1. • Os valores de q0 e qi aqui são calculados conforme (3) e (4): 𝑞0 = 𝑤²(𝑃ℎ𝑖∗𝑝−1) 2𝑁(𝑃ℎ𝑖∗𝑝2−1) (3) 𝑞𝑖 = 𝑤2 𝑃ℎ𝑖∗𝑝−1 +𝑤² 2𝑁(𝑃ℎ𝑖∗𝑝2−1) (4) 11
  • 12. 4. RESULTADOS 12 Figura 1 – Simulação da Probabilidade de Erro de Bit para os seguintes cenários: a) w=5 e Phi=9; b) w=6 e Phi=5; c) w=7 e Phi=4; e d) w=8 e Phi=3. A medida que aumenta o número de usuários simultâneos (K) diminui o valor de Pe aproxima-se de zero, porém quando varia-se a ponderação há uma melhora significativa, conforme primeiros valores de Pe no intervalo entre 5 e 10 da Figura 2. A partir do número de usuários igual a 10 o valor da Pe aumenta, isso implica dizer que outro parâmetro também influi nesses resultados que é a probabilidade média de acerto.
  • 13. 4. RESULTADOS 13 Figura 2 – Primeiro cenário da análise da quebra da codificação, onde Pq = 2,3351*1018 para uma ponderação de w=4 e p=7.
  • 14. 4. RESULTADOS 14 Figura 3 – Segundo cenário da análise da quebra da codificação, onde Pq = 3,1338*10-23 para uma ponderação de w=4 e p=11. Conclui-se para uma mesma ponderação em dois cenários diferentes, uma variação no número de comprimentos de onda disponíveis a possibilidade de quebra de uma sequência de código diminui.
  • 15. 5. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS • Neste trabalho foi realizado uma análise de segurança dos códigos ópticos ortogonais em múltiplos comprimentos de onda (MWOOCs) utilizando duas figuras de mérito que são a Taxa de Erro de Bit (Pe) onde de acordo com simulações computacionais foi observado que para um aumento no número de usuários simultâneos o valor da Taxa de Erro de Bit diminui e que para uma mesma ponderação em dois cenários diferentes, ocorrendo uma variação no número de comprimentos de ondas disponíveis a possibilidade de quebra de uma sequência de código diminui. • Para trabalhos futuros é necessário abordar outros tipos de famílias de códigos para fazer comparações para verificar onde é possível ser realizados melhorias de segurança em relação aos MWOOCs e verificar todos os tipos de escutas que são usadas nas redes OCDMAs devido aos dispositivos de escuta estarem cada vez mais sofisticados e eficientes que são usadas nas redes de acesso em OCDMAs. 15
  • 16. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Carneiro, V. G. A. (2015). Cdma óptico sobre óptica no espaço livre para comunicações móveis em sistemas de defesa. Instituto Militar de Engenharia. • dos Reis Junior, J. V. (2009). Modelagem de redes CDMA-PON baseadas em técnicas de cancelamento paralelo e códigos corretores de erros. PhD thesis, Universidade de São Paulo. • dos Reis Junior, J. V. (2014). Evoluções das técnicas de acesso múltiplo para as redes ópticas passivas - pon. Escola de Engenharia de São Carlos. • dos Reis Junior, J. V. (2015). Sistemas inteligentes aplicados às redes ópticas passivas com acesso múltiplo por divisão de código ocdma-pon. Escola de Engenharia de São Carlos. • Kwong, W. C., Yang, G.-C., Baby, V., Bre`s, C.-S., and Prucnal, P. R. (2005). Multiple- wavelength optical orthogonal codes under prime-sequence permutations for optical cdma. Communications, IEEE Transactions on, 53(1):117– 123. • MATHWORKS (2016). Matlab. http://opencadd.com.br/produto/ mathworks/. • Nasaruddin, N. and Tsujioka, T. (2008). Design of reconfigurable multiweight wavelength-time optical codes for secure multimedia optical cdma networks. In Com- munications, 2008. ICC’08. IEEE International Conference on, pages 5437–5442. IEEE. • Norazimah, M., Aljunid, S., Al-Khafaji, H. M., and Anuar, M. (2014). Investigating security of data retrieval for different detection techniques in sac-ocdma systems. In Electronic Design (ICED), 2014 2nd International Conference on, pages 117–121. IEEE. 16