[논문 리뷰] Reliable Deniable Communication: Hiding Messages in Noise

Pak Hou, Mayank Bakshi외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 04. 24.

Wireless Communication Security Techniques참고 문헌 28인용 수 28

한 줄 요약

이 논문은 이산 대칭 채널(BSC)을 통해 앨리스가 보브에게 신뢰성 있게 O(√n) 비트를 전송하면서, 더 큰 노이즈를 관측하는 윌리가 전송 여부를 감지하지 못하도록 보장하는 부인 가능 통신 체계를 제안한다. 이 체계는 정보 이론적 기법을 사용하여 노이즈에 통신을 숨기며, 공개된 프로토콜과 공유된 난수 없이도 순서 최적의 부인 가능 전송을 달성한다.

ABSTRACT

A transmitter Alice may wish to reliably transmit a message to a receiver Bob over a binary symmetric channel (BSC), while simultaneously ensuring that her transmission is deniable from an eavesdropper Willie. That is, if Willie listening to Alice’s transmissions over a “significantly noisier ” BSC than the one to Bob, he should be unable to estimate even whether Alice is transmitting. Even when Alice’s (potential) communication scheme is publicly known to Willie (with no common randomness between Alice and Bob), we prove that over n channel uses Alice can transmit a message of length O(√n) bits to Bob, deniably from Willie. We also prove information-theoretically order-optimality of our results. I.

연구 동기 및 목표

• 윌리가 훨씬 더 큰 노이즈를 관측하는 이산 대칭 채널에서 앨리스가 보브에게 신뢰성 있고 부인 가능한 통신을 가능하게 하기 위해.
• 윌리가 그녀의 프로토콜를 알고 있더라도 앨리스가 전송 중인지 여부를 감지하지 못하도록 하기 위해.
• 앨리스와 보브 간의 공유된 난수 없이도 부인 가능한 통신을 달성하기 위해.
• 이러한 제약 조건 하에서 통신 속도의 정보 이론적 순서 최적성 증명하기 위해.

제안 방법

• 앨리스는 윌리의 관측 채널보다 낮은 노이즈 수준을 갖는 이산 대칭 채널(BSC)을 통해 메시지를 전송한다.
• 이 체계는 윌리의 채널에서 앨리스의 전송가 노이즈와 통계적으로 구별 불가능하게 하여 기반한다.
• 채널 노이즈에도 불구하고 보브가 메시지를 신뢰성 있게 복원할 수 있도록 하는 코딩 전략을 사용한다.
• 프로토콜는 윌리가 조차도 전송 신호를 노이즈와 구분할 수 없도록 설계되어 있다. 이는 프로토콜에 대한 완전한 지식이 있더라도 마찬가지다.
• 정보 이론적 경계를 기반으로 하여 부인 가능 통신의 최대 달성 가능한 속도를 확립한다.
• 이 방법은 n번의 채널 사용 동안 O(√n) 비트가 신뢰성 있고 부인 가능하게 전송될 수 있음을 증명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 앨리스는 윌리가 감지하지 못하도록 하면서 보브에게 전송할 수 있는 최대 속도는 얼마인가?
• RQ2 앨리스와 보브 간의 공유된 난수 없이도 부인 가능한 통신을 달성할 수 있는가?
• RQ3 부인 가능 통신의 성능은 채널 사용 횟수 n에 따라 어떻게 스케일링되는가?
• RQ4 제시된 통신 속도는 주어진 제약 조건 하에서 순서 최적인가?
• RQ5 윌리가 앨리스의 프로토콜를 알고 있더라도 전송 여부를 감지하는 것을 방지할 수 있는가?

주요 결과

• 앨리스는 n번의 채널 사용 동안 보브에게 O(√n) 비트를 신뢰성 있게 전송하면서 윌리에게서 감지되지 않는다.
• 윌리가 앨리스의 통신 프로토콜를 알고 있으며 더 큰 노이즈를 관측하더라도 이 체계는 여전히 부인 가능성을 확보한다.
• 제약 조건 하에서 O(√n)의 통신 속도는 정보 이론적으로 순서 최적이다.
• 앨리스와 보브 간의 공유된 난수 없이도 부인 가능 통신이 가능하다.
• 윌리가 프로토콜에 대한 완전한 지식이 있더라도 전송이 이루어지고 있는지 여부를 추정할 수 없다.
• 결과는 정보 이론적 분석을 통해 증명되었으며, 이 설정에서 부인 가능 통신의 기본 한계를 확립한다.