?背景介紹6G 技術(shù)簡介

隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)預(yù)期的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展，6G 通信時(shí)代設(shè)想了2030 年后人類將如何與數(shù)字虛擬世界互動(dòng)，以應(yīng)對2030 年后的通信和網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)。雖然傳統(tǒng)應(yīng)用（如多媒體流媒體）仍將存在，但文章設(shè)想了6G 系統(tǒng)的新應(yīng)用領(lǐng)域，如多傳感器擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）應(yīng)用、連接機(jī)器人和自主系統(tǒng)（CRAS）和無線腦機(jī)交互（BCI）[1]。全息遠(yuǎn)程呈現(xiàn)、eHealth（包括體內(nèi)網(wǎng)絡(luò)）是需要極高數(shù)據(jù)速率、超低延遲和超可靠性的其他 6G 用例[2]。

6G 將無線網(wǎng)絡(luò)從連接的事物革命為“連接的智能”[1]，[2]。因此，人工智能成為網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分。分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需要無處不在的人工智能服務(wù)，以確保實(shí)現(xiàn) 6G 目標(biāo)。智能無線通信、網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)優(yōu)化、6G 大數(shù)據(jù)分析強(qiáng)調(diào)在 6G 網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)方面使用人工智能。

2030 年以后，無線應(yīng)用將需要更高的數(shù)據(jù)速率（高達(dá) 1 Tb/s）、極低的端到端延遲（<1ms）、極高的端對端可靠性（99.99999%）[1]，[2]。此外，6G 網(wǎng)絡(luò)將包括嵌入互聯(lián)智能的異構(gòu)密集網(wǎng)絡(luò)集合，并利用超連接云化。針對復(fù)雜 6G 網(wǎng)絡(luò)的極端需求提供服務(wù)需要復(fù)雜的安全機(jī)制。應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)使用 SDN 和 NFV 概念為 5G 設(shè)計(jì)的安全系統(tǒng)，以滿足 6G 的安全需求[5]。未來網(wǎng)絡(luò)的端到端自動(dòng)化需要6G 實(shí)現(xiàn)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)威脅、智能緩解技術(shù)和自我維持網(wǎng)絡(luò)。因此，利用 AI 技術(shù)的端到端安全設(shè)計(jì)對于基于網(wǎng)絡(luò)異常而非加密方法自主識別和響應(yīng)潛在威脅至關(guān)重要。本文討論了人工智能在安全中的作用。

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對于 6G 安全的威脅

本節(jié)還討論了 6G 中使用的架構(gòu)變化和新技術(shù)帶來的安全問題。圖 1 說明了對 6G 體系結(jié)構(gòu)不同層的可能攻擊，概述了本文如何呈現(xiàn) 6G 的安全威脅圖景。

圖 1 智能 6G 架構(gòu)[6]以及 6G 安全和隱私問題

5G 中的網(wǎng)絡(luò)軟件化技術(shù)，如軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）、多址邊緣計(jì)算（MEC）和網(wǎng)絡(luò)切片仍然適用于6G 系統(tǒng)；因此，他們的安全問題仍然存在于 6G 中。SDN 相關(guān)的突出安全問題是對 SDN 控制器的攻擊、對北向和南向接口的攻擊、用于部署 SDN 控制器/應(yīng)用程序的平臺的固有漏洞[7]。NFV 相關(guān)的安全問題是針對虛擬機(jī)（VM）、虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）、管理程序、VNF 管理器和 NFV 協(xié)調(diào)器的攻擊[8]。由于 6G 系統(tǒng)的大規(guī)模分布式性質(zhì)，6G 中的 MEC 受到物理安全威脅、分布式拒絕服務(wù)（DDoS）和中間人攻擊。網(wǎng)絡(luò)切片的潛在攻擊是 DoS 攻擊，通過受損切片竊取信息。對網(wǎng)絡(luò)軟件化技術(shù)的攻擊使 6G 網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)承諾的動(dòng)態(tài)性和完全自動(dòng)化。

6G 設(shè)想實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)（IOE），這是一個(gè)由數(shù)十億個(gè)異構(gòu)設(shè)備組成的集合。依賴 SIM 卡的基本設(shè)備安全模型并不是 6G 中 IOE 的實(shí)際部署，尤其是對于小尺寸設(shè)備，如體內(nèi)傳感器。在如此龐大的網(wǎng)絡(luò)中，密鑰分發(fā)和管理功能效率很低。資源受限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備無法提供復(fù)雜的密碼來維護(hù)強(qiáng)大的安全，使其成為攻擊者的主要目標(biāo)。這些設(shè)備可能被破壞，并可能被用于發(fā)起攻擊。超連接的 IOE 為 6G 應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)收集帶來了隱私問題。利用資源受限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)盜竊將影響數(shù)據(jù)隱私、位置隱私和身份隱私。

現(xiàn)有5G 網(wǎng)絡(luò)部署通常為行業(yè)、醫(yī)療保健、教育等垂直行業(yè)提供服務(wù)。6G 通過允許更小的網(wǎng)絡(luò)（如體內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、成群的無人機(jī)、電池壽命更長的環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)一步擴(kuò)展了這一概念[4]。這些本地網(wǎng)絡(luò)作為獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，并在需要時(shí)與廣域連接互通。與定義明確的本地 5G 網(wǎng)絡(luò)不同，許多利益相關(guān)者實(shí)施具有不同嵌入式安全級別的本地 6G 網(wǎng)絡(luò)。具有最低安全性的本地 6G 網(wǎng)絡(luò)為入侵者提供了發(fā)起攻擊的機(jī)會。然后滲透到信任受損網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)中。

6G 架構(gòu)的安全性

6G 中更密集的蜂窩部署、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、多連接和設(shè)備到設(shè)備（D2D）通信將成為常態(tài)。惡意方更有可能利用更脆弱的設(shè)備攻擊分布式網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)設(shè)備都具有網(wǎng)狀連接，從而增加威脅面。子網(wǎng)絡(luò)的定義需要改變安全策略。廣域網(wǎng)為每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的大量設(shè)備提供安全性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不切實(shí)際的。在6G 中，區(qū)分子網(wǎng)級通信安全和子網(wǎng)到廣域網(wǎng)安全的分級安全機(jī)制將是更好的方法。6G 網(wǎng)絡(luò)將與零接觸網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)管理（ZSM）架構(gòu)等框架共存，以縮短服務(wù)上市時(shí)間、降低運(yùn)營成本并減少人為錯(cuò)誤。配備自我學(xué)習(xí)功能的全自動(dòng)化使攻擊在閉環(huán)中傳播，數(shù)據(jù)隱私保護(hù)也極具挑戰(zhàn)性，這是因?yàn)樵诹憬佑|網(wǎng)絡(luò)中，需要自動(dòng)化和較少的人工干預(yù)。

6G 技術(shù)的安全性

6G 依靠人工智能實(shí)現(xiàn)完全自主的網(wǎng)絡(luò)。因此，對 AI 系統(tǒng)，特別是機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）系統(tǒng)的攻擊將影響 6G。中毒攻擊、數(shù)據(jù)注入、數(shù)據(jù)操縱、邏輯破壞、模型逃避、模型反轉(zhuǎn)、模型提取和成員推斷攻擊是針對 ML 系統(tǒng)的潛在安全威脅。更多功能的集合使 AI 系統(tǒng)的性能更好。對收集的數(shù)據(jù)的攻擊，以及對私人數(shù)據(jù)的無意使用，都會導(dǎo)致隱私問題，因?yàn)橛脩敉ǔ？床坏綌?shù)據(jù)處理。區(qū)塊鏈也是釋放 6G 系統(tǒng)潛力的關(guān)鍵技術(shù)。區(qū)塊鏈適用于大規(guī)模分布式 6G 網(wǎng)絡(luò)中的分散資源管理、頻譜共享和服務(wù)管理。51%的攻擊在量子計(jì)算機(jī)上是可行的，以破壞區(qū)塊鏈的穩(wěn)定。由于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)公開存儲數(shù)據(jù)，隱私保護(hù)具有挑戰(zhàn)性。當(dāng)前的 5G 標(biāo)準(zhǔn)不涉及量子計(jì)算帶來的安全問題；相反，它依賴于傳統(tǒng)密碼學(xué)，如橢圓曲線密碼（ECC）。由于 6G 時(shí)代標(biāo)志著量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，目前基于非對稱密鑰加密的安全機(jī)制很容易受到基于量子計(jì)算機(jī)的攻擊。因此，如果沒有量子安全密碼算法的設(shè)計(jì)，利用非對稱密鑰加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)的安全 5G 通信可能不再適用于后量子安全。

AI 對 6G 安全的重要作用使用 AI 緩解 6G 架構(gòu)的安全問題

與目前集中的基于云的人工智能系統(tǒng)相比，6G 將主要依靠邊緣智能。分布式性質(zhì)使得能夠在大規(guī)模設(shè)備和數(shù)據(jù)系統(tǒng)中執(zhí)行基于邊緣的聯(lián)合學(xué)習(xí)以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全，確保通信效率。6G 架構(gòu)設(shè)想了互聯(lián)智能，并在網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)的不同級別使用 AI。微小細(xì)胞級別的 AI 有可能在最低級別阻止云服務(wù)器上的 DoS 攻擊。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的多連通性允許多個(gè)基站使用AI 分類算法評估設(shè)備的行為，并使用加權(quán)平均方案共同決定真實(shí)性?；谛袨榈姆椒p少了由于微小小區(qū)和多址技術(shù)導(dǎo)致頻繁切換而導(dǎo)致的頻繁密鑰交換的開銷。依據(jù)聯(lián)邦學(xué)習(xí)，子網(wǎng)級和廣域網(wǎng)級可以有不同級別的授權(quán)。只有在需要外部通信時(shí)，才能在外部共享在子網(wǎng)絡(luò)級別內(nèi)獲得的信任分?jǐn)?shù)。基于學(xué)習(xí)的入侵檢測方法，可能是防止 CPMS 和 UPMS 攻擊的良好候選方法，因?yàn)檫吘壱呀?jīng)擁有智能服務(wù)提供的數(shù)據(jù)。ZSM 等框架配備了領(lǐng)域分析和領(lǐng)域智能服務(wù)，用于網(wǎng)絡(luò)的零接觸管理，主要基于人工智能。AI 模型評估、API 安全 AI 引擎是增強(qiáng)ZSM 參考架構(gòu)安全性的關(guān)鍵安全功能組件。

使用 AI 緩解 6G 技術(shù)的安全問題

使用 AI 的預(yù)測分析可以在攻擊發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)判，例如 51%的區(qū)塊鏈攻擊。

量子計(jì)算機(jī)可能威脅到非對稱密鑰加密。然而，它們同樣可以為 AI/ML 算法提供指數(shù)級的速度，以更快地執(zhí)行任務(wù)并實(shí)現(xiàn)以前不可能的任務(wù)。因此，用于網(wǎng)絡(luò)安全的量子機(jī)器學(xué)習(xí)是抵御基于量子計(jì)算機(jī)的攻擊的潛在防御技術(shù)。基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)（RL）的智能波束形成技術(shù)提供了針對 VLC 系統(tǒng)中竊聽器攻擊的最佳波束形成策略。干擾類似于 DoS 攻擊。因此，配備 AI 的基于異常的檢測系統(tǒng)是檢測干擾攻擊的可能解決方案?；?AI 的認(rèn)證和授權(quán)系統(tǒng)也適用于防止節(jié)點(diǎn)泄露攻擊。

將 AI 用于 6G 隱私保護(hù)

6G 中具有微型蜂窩的多連接網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)允許設(shè)備通過多個(gè)基站同時(shí)通信?；谶吘壍?ML 模型可用于隱私保護(hù)路由的動(dòng)態(tài)檢測，對設(shè)備進(jìn)行排名，并允許設(shè)備基于排名通過隱私保護(hù)路由傳輸數(shù)據(jù)。與基于云的集中學(xué)習(xí)相比，聯(lián)邦學(xué)習(xí)將數(shù)據(jù)保持在用戶附近，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)隱私和位置隱私。6G 子網(wǎng)絡(luò)級 AI 允許在子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)保護(hù)隱私，并僅共享外部學(xué)習(xí)到的信息，以將隱私風(fēng)險(xiǎn)降至最低。將數(shù)據(jù)限制在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)適用于體內(nèi)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用。隨著 6G 中的大量應(yīng)用程序以及為智能模型提供數(shù)據(jù)的大量收集，用戶會在不同的應(yīng)用程序上選擇不同的隱私級別。基于 AI 的面向服務(wù)的隱私保護(hù)策略更新是支持全自動(dòng)化 6G 網(wǎng)絡(luò)的潛在解決方案。

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關(guān)鍵詞： 人工智能 安全問題 量子計(jì)算機(jī) 應(yīng)用程序 安全機(jī)制