Recently, consensus algorithm has been receiving considerable attention from wireless communication researchers as a distributed synchronization algorithm. Previous consensus researches have focused on the communication noise, delay, switching topology, etc. Most of the previous works have assumed the attack-free networks. However, since the distributed network is very vulnerable to attacks, it is necessary to propose a new consensus algorithm that can acquire synchronization regardless of the existence of attackers.
In this paper, we discuss the performance improvement of consensus algorithm in the presence of attackers that pretend to be a legitimate node in the network, assuming that the legitimate node cannot identify whether there exist attackers or not. First, the performance of average consensus algorithm is analyzed in terms of mean square error(MSE). Then, we propose a secure consensus algorithm. The key idea of this algorithm is that the legitimate nodes are getting closer, while the attackers are not. Each node can reduce the effect of attackers by adjusting weighting factor depending on the distance between its local mean and neighbors. Finally, we compare the performance of average consensus and secure consensus based on the numerical simulation results.
최근, 컨센서스 알고리즘은 분산 동기 알고리즘으로서 무선통신 연구자들에게 상당한 관심을 받고있다. 기존의 컨센서스 연구들은 통신 잡음, 지연, 시간에 따른 토폴로지 변화 등에 초점을 맞추고 연구해왔다. 기존 연구들의 대부분은 공격자가 없는 네트워크를 고려하고있다. 하지만, 분산 네트워크는 공격에 매우 취약하기 때문에, 공격자의 존재와 관계없이 동기를 획득할 수 있는 새로운 컨센서스 알고리즘의 제안이 필요하다.
본 논문에서는 네트워크에 적법 노드인 척하는 공격자가 존재하고, 적법 노드는 공격자가 존재하는지 아닌지를 확인하지 못한다는 가정하에, 컨센서스 알고리즘의 성능 향상에 관하여 논한다. 먼저, 기존 평균 컨센서스 알고리즘의 성능을 MSE 관점으로 분석한다. 그 후, 안전한 컨센서스 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘의 핵심 아이디어는 적법 노드들은 서로 가까워지는 반면 공격자는 그렇지 않다는 것이다. 각 노드는 자신의 지역 평균과 이웃들 간의 차를 통해 가중치를 조정함으로써 공격자들의 영향력을 줄일 수있다. 마지막으로, 평균 컨센서스와 제안된 컨센서스 알고리즘을 실험적으로 얻은 모의 결과를 기반으로 성능을 비교한다.
