[論文レビュー] Reliable, Deniable, and Hidable Communication over Multipath Networks

Swanand Kadhe, Sidharth Jaggi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2014

Wireless Communication Security Techniques参考文献 10被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、マルチパスネットワーク上での信頼性、否認可能、隠蔽可能な伝送のための通信プロトコルを提案する。アリスがボブにコントロールメッセージを送信するが、受動的な盗聴者ウィリーによる検出を回避する。複数の並列リンク上でランダムビニングと確率的符号化を用いることで、本スキームは否認可能性（ウィリーが送信を検出できない）と隠蔽性（ウィリーがメッセージに関する情報を得ない）の両方を達成する。一致する内部および外部境界により、このような通信の容量が特定される。

ABSTRACT

We consider the scenario wherein Alice wants to (potentially) communicate to the intended receiver Bob over a network consisting of multiple parallel links in the presence of a passive eavesdropper Willie, who observes an unknown subset of links. A primary goal of our communication protocol is to make the communication "deniable", {\it i.e.}, Willie should not be able to {\it reliably} estimate whether or not Alice is transmitting any {\it covert} information to Bob. Moreover, if Alice is indeed actively communicating, her covert messages should be information-theoretically "hidable" in the sense that Willie's observations should not {\it leak any information} about Alice's (potential) message to Bob -- our notion of hidability is slightly stronger than the notion of information-theoretic strong secrecy well-studied in the literature, and may be of independent interest. It can be shown that deniability does not imply either hidability or (weak or strong) information-theoretic secrecy; nor does any form of information-theoretic secrecy imply deniability. We present matching inner and outer bounds on the capacity for deniable and hidable communication over {\it multipath networks}.

研究の動機と目的

• 受動的な盗聴者ウィリーが存在する状況下でも、アリスからボブへの信頼性の高い送信を保証する通信プロトコルを設計すること。
• 否認可能性を達成すること。これにより、ウィリーはアリスが情報を送信しているかどうかを信頼性を持って特定できないこと。
• 隠蔽性を確保すること。これにより、ウィリーが送信を検出しても、アリスのコントロールメッセージに関する情報は得られないこと。
• マルチパスネットワーク上での信頼性、否認可能、隠蔽可能な通信の容量限界を形式化し、特徴づけること。
• 否認可能性と隠蔽性が独立した性質であることを示すこと。一方が他方を含意しないこと。

提案手法

• 複数の並列リンクからなるマルチパスネットワークモデルを形式化し、ウィリーがリンクのランダムな部分集合を観測するものとする。
• 否認可能性のための仮説検定ベースの指標を導入し、ウィリーが無害な通信と活性通信を区別できないように保証する。
• コードブックの生成にランダムビニングを用い、コントロールメッセージの符号化に1対多の確率的マッピングを採用する。
• 強い典型性とタイプベースの解析を用いて誤り確率を抑え、信頼性を確保する。
• 変動距離とエントロピーの境界を含む情報理論的ツールを用い、否認可能性と隠蔽性を分析する。
• ウィリーの部分的観測下での典型列とビニングの挙動を分析することで、容量の一致する内部および外部境界を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 受動的な盗聴者を伴うマルチパスネットワーク上での信頼性、否認可能、隠蔽可能な通信の根本的容量限界は何か？
• RQ2 否認可能性と隠蔽性は通信プロトコルにおいて共存可能か？ もしそうなら、どのような条件下で可能か？
• RQ3 否認可能通信の容量と隠蔽可能通信の容量はどのように比較できるか？ 両者は同等か？
• RQ4 1つのプロトコルが同時に否認可能性と隠蔽性を達成可能か？ そのような状態を実現する符号化戦略は何か？
• RQ5 否認可能性と情報理論的秘密保持性には分離があるか？ また、隠蔽性は強い秘密保持性とどのように異なるか？

主な発見

• 本稿では、マルチパスネットワーク上での信頼性、否認可能、隠蔽可能な通信の容量について、一致する内部および外部境界を確立した。
• 信頼性と否認可能性の両立が可能であり、ランダムビニングと確率的符号化を用いることで達成可能であることが示された。
• 信頼性、否認可能、隠蔽可能という3つの性質を併せ持つ容量についても特徴づけられ、同じ確率的符号化スキームが最適性能を達成することが示された。
• 隠蔽性が強い情報理論的秘密保持性よりも厳密に強いことを示した。これは、ウィリーの観測とメッセージの相互情報量がゼロである必要があるからである。
• 分析により、否認可能性と隠蔽性が独立であることが証明された。両者は互いに含意せず、適切なプロトコル設計により同時に達成可能である。
• ブロック長が増加するに従い、ウィリーが送信を正しく検出する確率は、導出された容量限界以下であれば0に近づく。