Byzantine Attack and Defense in Cognitive Radio Networks: A Survey

The Byzantine attack in cooperative spectrum sensing (CSS), also known as the spectrum sensing data falsification (SSDF) attack in the literature, is one of the key adversaries to the success of cognitive radio networks (CRNs). In the past couple of years, the research on the Byzantine attack and defense strategies has gained worldwide increasing attention. In this paper, we provide a comprehensive survey and tutorial on the recent advances in the Byzantine attack and defense for CSS in CRNs. Specifically, we first briefly present the preliminaries of CSS for general readers, including signal detection techniques, hypothesis testing, and data fusion. Second, we analyze the spear and shield relation between Byzantine attack and defense from three aspects: the vulnerability of CSS to attack, the obstacles in CSS to defense, and the games between attack and defense. Then, we propose a taxonomy of the existing Byzantine attack behaviors and elaborate on the corresponding attack parameters, which determine where, who, how, and when to launch attacks. Next, from the perspectives of homogeneous or heterogeneous scenarios, we classify the existing defense algorithms, and provide an in-depth tutorial on the state-of-the-art Byzantine defense schemes, commonly known as robust or secure CSS in the literature. Furthermore, we highlight the unsolved research challenges and depict the future research directions.Comment: Accepted by IEEE Communications Surveys and Tutoiral

A Secure Cooperative Sensing Protocol for Cognitive Radio Networks

Cognitive radio networks sense spectrum occupancy and manage themselves to operate in unused bands without disturbing licensed users. Spectrum sensing is more accurate if jointly performed by several reliable nodes. Even though cooperative sensing is an active area of research, the secure authentication of local sensing reports remains unsolved, thus empowering false results. This paper presents a distributed protocol based on digital signatures and hash functions, and an analysis of its security features. The system allows determining a final sensing decision from multiple sources in a quick and secure way.Las redes de radio cognitiva detectora de espectro se las arreglan para operar en las nuevas bandas sin molestar a los usuarios con licencia. La detección de espectro es más precisa si el conjunto está realizado por varios nodos fiables. Aunque la detección cooperativa es un área activa de investigación, la autenticación segura de informes locales de detección no ha sido resuelta, por lo tanto se pueden dar resultados falsos. Este trabajo presenta un protocolo distribuido basado en firmas digitales y en funciones hash, y un análisis de sus características de seguridad. El sistema permite determinar una decisión final de detección de múltiples fuentes de una manera rápida y segura.Les xarxes de ràdio cognitiva detectora d'espectre se les arreglen per operar en les noves bandes sense destorbar els usuaris amb llicència. La detecció d'espectre és més precisa si el conjunt està realitzat per diversos nodes fiables. Encara que la detecció cooperativa és una àrea activa d'investigació, l'autenticació segura d'informes locals de detecció no ha estat resolta, per tant es poden donar resultats falsos. Aquest treball presenta un protocol distribuït basat en signatures digitals i en funcions hash, i una anàlisi de les seves característiques de seguretat. El sistema permet determinar una decisió final de detecció de múltiples fonts d'una manera ràpida i segura

Spectrum sharing models in cognitive radio networks

Spectrum scarcity demands thinking new ways to manage the distribution of radio frequency bands so that its use is more effective. The emerging technology that can enable this paradigm shift is the cognitive radio. Different models for organizing and managing cognitive radios have emerged, all with specific strategic purposes. In this article we review the allocation spectrum patterns of cognitive radio networks and analyse which are the common basis of each model.We expose the vulnerabilities and open challenges that still threaten the adoption and exploitation of cognitive radios for open civil networks.L'escassetat de demandes d'espectre fan pensar en noves formes de gestionar la distribució de les bandes de freqüència de ràdio perquè el seu ús sigui més efectiu. La tecnologia emergent que pot permetre aquest canvi de paradigma és la ràdio cognitiva. Han sorgit diferents models d'organització i gestió de les ràdios cognitives, tots amb determinats fins estratègics. En aquest article es revisen els patrons d'assignació de l'espectre de les xarxes de ràdio cognitiva i s'analitzen quals són la base comuna de cada model. S'exposen les vulnerabilitats i els desafiaments oberts que segueixen amenaçant l'adopció i l'explotació de les ràdios cognitives per obrir les xarxes civils.La escasez de demandas de espectro hacen pensar en nuevas formas de gestionar la distribución de las bandas de frecuencia de radio para que su uso sea más efectivo. La tecnología emergente que puede permitir este cambio de paradigma es la radio cognitiva. Han surgido diferentes modelos de organización y gestión de las radios cognitivas, todos con determinados fines estratégicos. En este artículo se revisan los patrones de asignación del espectro de las redes de radio cognitiva y se analizan cuales son la base común de cada modelo. Se exponen las vulnerabilidades y los desafíos abiertos que siguen amenazando la adopción y la explotación de las radios cognitivas para abrir las redes civiles