[論文レビュー] Wyner-Ziv Coding for Physical Unclonable Functions and Biometric Secrecy Systems

Onur Günlü, Onurcan İşcan+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Wireless Communication Security Techniques被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、物理的クローン不能関数（PUF）およびバイオメトリクス機密性システムのための、2つのウイナー＝ツィブ符号化に基づく構成を提案する。1つ目は、最適な鍵漏洩・保存領域のトレードオフを達成するためのランダム線形符号を用い、2つ目は、ベクトル量子化と誤り訂正において性能を向上させるためのネスト型極性符号を用いる。ネスト型極性符号の設計は、従来の手法では達成できないレートタプルを達成し、プライバシー漏洩および保存効率において優れた性能を示している。

ABSTRACT

The two-terminal key agreement problem with biometric or physical identifiers is considered. Two linear code constructions based on Wyner-Ziv coding are developed. The first construction uses random linear codes and achieves all points of the key-leakage-storage regions of the generated-secret and chosen-secret models. The second construction uses nested polar codes for vector quantization during enrollment and for error correction during reconstruction. Simulations show that the nested polar codes achieve privacy-leakage and storage rates that improve on existing code designs. One proposed code achieves a rate tuple that cannot be achieved by existing methods.

研究の動機と目的

• 物理的クローン不能関数（PUF）およびバイオメトリクス鍵協調システムにおける鍵漏洩・保存領域のトレードオフを解決すること。
• 生成された秘密鍵および選択された秘密鍵の両モデルにおいて、鍵漏洩・保存領域領域における最適な点を達成する実用的な符号化方式を開発すること。
• 構造化符号技術を用いることで、既存の符号設計と比較してプライバシー漏洩および保存効率を向上させること。
• ネスト型極性符号が、バイオメトリクスおよびPUFベースの機密性システムにおいて、従来の符号構成を上回ることを示すこと。

提案手法

• 受信側に側情報があるソース符号化を可能にするウイナー＝ツィブ符号化の原則を用い、バイオメトリクスまたはPUF識別子に適用する。
• 最初の構成では、生成された秘密鍵および選択された秘密鍵の両モデルにおいて、鍵漏洩・保存領域領域のすべての点を達成するためにランダム線形符号を用いる。
• 登録時のベクトル量子化と再構築時の誤り訂正に、構造化された設計を活かした性能向上を図るネスト型極性符号を適用する。
• 極性符号の特性を活用してレート適応を実現し、プライバシー漏洩を最小限に抑えつつ、低コストの保存オーバーヘッドを維持する符号化方式を設計する。
• バイオメトリクス鍵生成にウイナー＝ツィブアプローチを統合し、バイオメトリクス源を受信側に側情報がある相関源として扱う。
• 実際の条件を想定したシミュレーションを実施し、プライバシー漏洩および保存レートを評価し、既存の符号設計と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ウイナー＝ツィブ符号化は、物理的クローン不能関数およびバイオメトリクスシステムに効果的に適用可能であり、最適な鍵漏洩・保存領域のトレードオフを達成できるか？
• RQ2 ネスト型極性符号などの構造化符号は、ランダム線形符号および既存の設計と比較して、プライバシー漏洩および保存効率において優れた性能を示せるか？
• RQ3 提案された符号化構成により、鍵漏洩・保存領域領域におけるどのレートタプルが達成可能か？
• RQ4 既存の手法では達成できないレートタプルを達成する符号設計は存在するか？

主な発見

• ランダム線形符号の構成は、生成された秘密鍵および選択された秘密鍵の両モデルにおいて、鍵漏洩・保存領域領域のすべての点を達成する。
• ネスト型極性符号の構成は、シミュレーションにおいて、既存の符号設計と比較して、より低いプライバシー漏洩および保存レートを達成する。
• 提案された1つのネスト型極性符号設計は、いかなる既存の符号設計でも達成できないレートタプルを達成する。
• ベクトル量子化および誤り訂正の両方においてネスト型極性符号を用いることで、実用的なバイオメトリクスおよびPUFベースの機密性システムにおけるシステム性能が向上する。