On Covertness in Communications Schemes

Abstract

Covert communications is a field that investigates if and how information can be transmitted over a channel with a low probability of being detected or intercepted. A covert communications scheme is usually designed by randomizing properties of the signal, so the signal “blends in” with background noise better. Several metrics for quantifying the covertness of a communications scheme exist, but are specific to detector or modulation type. This work compares the relative covertness of a wide variety of communications schemes against the main classes of signal detectors over an additive white Gaussian noise (AWGN) channel. Radiometric and cyclostationarity detectors are found to be effective for reliably detecting weak signals of all modulations, although the radiometer had an entirely predictable performance, regardless of modulation scheme, while the performance of the cyclostationarity detectors varied with modulation scheme. The communications schemes tested range from traditional modulations to spread spectrum techniques and chaotic modulations. The tradeoff between detectability and error rate is also considered in this work, and code division multiplex access (CDMA) was found to have the best overall balance between error rate and covertness.

Les communications secrètes représentent un domaine qui étudie si et comment l’information peut être transmise sur un canal avec une faible probabilité d’être détectée ou interceptée. Une technique de communications secrètes est généralement conçue en randomisant certaines propriétés du signal afin que celui-ci se ”fonde” mieux dans le bruit de fond. Plusieurs métriques existent pour quantifier le caractère secret d’une technique de communications, mais elles sont spécifiques au type de détecteur ou de modulation utilisé. Ce travail compare le degré relatif de secret d’une large gamme de techniques de communications face aux principales classes de détecteurs de signal sur un canal AWGN. Il est démontré que les détecteurs radiométriques et de cyclostationnarité sont efficaces pour détecter de manière fiable des signaux faibles, quelle que soit la modulation utilisée. Toutefois, la performance du radiomètre est entièrement prévisible, indépendamment du type de modulation, tandis que celle des détecteurs de cyclostationnarité varie en fonction du type de modulation. Les techniques de communications testées couvrent un large éventail, allant des modulations traditionnelles aux techniques d’étalement de spectre et aux modulations chaotiques. Ce travail examine également le compromis entre détectabilité et taux d’erreur, et le CDMA s’est avéré avoir le meilleur équilibre global entre taux d’erreur et secret.