Metasurfaces, or Reconfigurable Intelligent Surfaces (RISs), have emerged as a transformative technology for next-generation wireless systems, enabling digitally controlled manipulation of electromagnetic wave propagation. By turning the traditionally passive radio environment into a smart, programmable medium, metasurfaces promise advances in communication and sensing. However, metasurfaces also present a new security frontier: both attackers and defenders can exploit them to alter wireless propagation for their own advantage. While prior security research has primarily explored unilateral metasurface applications - empowering either attackers or defenders - this work investigates symmetric scenarios, where both sides possess comparable metasurface capabilities. Using both theoretical modeling and real-world experiments, we analyze how competing metasurfaces interact for diverse objectives, including signal power and sensing perception. Thereby, we present the first systematic study of context-agnostic metasurface-to-metasurface interactions and their implications for wireless security. Our results reveal that the outcome of metasurface "battles" depends on an interplay of timing, placement, algorithmic strategy, and hardware scale. Across multiple case studies in Wi-Fi environments, including wireless jamming, channel obfuscation for sensing and communication, and sensing spoofing, we demonstrate that opposing metasurfaces can substantially or fully negate each other's effects. By undermining previously proposed security and privacy schemes, our findings open new opportunities for designing resilient and high-assurance physical-layer systems in smart radio environments.


翻译:超表面,或称可重构智能表面(RISs),已成为下一代无线系统的变革性技术,实现了对电磁波传播的数字化控制。通过将传统上被动的无线电环境转变为智能、可编程的媒介,超表面有望推动通信和传感领域的进步。然而,超表面也带来了新的安全前沿:攻击者和防御者均可利用它们来改变无线传播以谋取自身优势。以往的安全研究主要探索了单边超表面应用——即仅赋能攻击者或防御者——而本研究则调查了对称场景,其中双方具备可比的超表面能力。通过理论建模和实际实验,我们分析了竞争性超表面如何为不同目标(包括信号功率和传感感知)进行交互。由此,我们首次对上下文无关的超表面间相互作用及其对无线安全的影响进行了系统性研究。我们的结果表明,超表面“战斗”的结果取决于时序、部署、算法策略和硬件规模的相互作用。在Wi-Fi环境中的多个案例研究中,包括无线干扰、用于传感和通信的信道混淆以及传感欺骗,我们证明了对抗的超表面可以显著或完全抵消彼此的效果。通过削弱先前提出的安全和隐私方案,我们的发现为在智能无线电环境中设计弹性和高保障的物理层系统开辟了新的机遇。

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