[논문 리뷰] The Arbitrarily Varying Wiretap Channel - deterministic and correlated random coding capacities under the strong secrecy criterion.

Moritz Wiese, Janis Nötzel외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 29.

Wireless Communication Security Techniques참고 문헌 14인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 관련 랜덤 코딩과 두 가지 등가인 강한 비밀성 기준을 사용하여, 강한 비밀성 하에서 임의로 변화하는 웨이크탭 채널(AVWCs)의 비밀성 용량을 완전히 특성화한다. 관련 랜덤 코딩의 비밀성 용량이 AVWC에서 연속임을 증명하고, 결정론적 코딩의 비밀성 용량이 0이거나 관련 랜덤 코딩 용량과 동일하며, 결정론적 코드에 대해 약한 비밀성 하에서도 완전한 특성화를 제공한다.

ABSTRACT

We give a complete characterization of the secrecy capacity of arbitrarily varying wiretap channels (AVWCs) with correlated random coding. We apply two alternative strong secrecy criteria, which both lead to the same formula and which coincide in the case of deterministic codes. On the basis of the derived formula, we show that the correlated random coding secrecy capacity is continuous as a function of the AVWC. We show that the deterministic coding secrecy capacity of the AVWC either equals 0 or the correlated random coding secrecy capacity. For the case that only a weak secrecy criterion is applied, we derive a complete characterization of the corresponding secrecy capacity for deterministic codes. In the proof of the secrecy capacity formula for correlated random codes, we apply an auxiliary channel which is compound from the sender to the intended receiver and varies arbitrarily from the sender to the eavesdropper.

연구 동기 및 목표

• 관련 랜덤 코딩을 사용하여 강한 비밀성 하에서 임의로 변화하는 웨이크탭 채널(AVWCs)의 비밀성 용량을 완전히 특성화하는 것.
• 두 가지 강한 비밀성 기준 간의 등가성과 AVWC 모델에서 결정론적 코딩과의 일致성을 확립하는 것.
• AVWCs에서 결정론적 코딩 비밀성 용량과 관련 랜덤 코딩 비밀성 용량 간의 관계를 조사하는 것.
• 결정론적 코드에 대해 분석을 약한 비밀성 기준으로 확장하여 완전한 특성화를 제공하는 것.
• 관련 랜덤 코딩 비밀성 용량이 AVWC 매개변수의 함수로 연속임을 보이는 것.

제안 방법

• 수신자에게는 복합 채널이 되고, 탈취자에게는 임의로 변화하는 채널 모델을 도입한다.
• 두 가지 강한 비밀성 기준을 적용하며, 둘 다 동일한 비밀성 용량 공식을 도출하여 정의 간의 일致성을 보장한다.
• 관련 랜덤 코딩을 사용하여 비밀성 용량 공식을 유도하고, 보조 채널의 구조를 활용하여 비밀성 누출을 제한한다.
• 정보이론적 기법을 사용하여 채널 상태 변화와 코드북 상관관계에 따른 비밀성 용량의 행동을 분석한다.
• AVWC 매개변수에 대한 의존성을 분석하여 관련 랜덤 코딩 비밀성 용량의 연속성을 확립한다.
• 관련 랜덤 코딩 용량의 극한을 분석하여 결정론적 코딩 비밀성 용량을 도출하며, 이는 0이거나 관련 케이스와 정확히 동일함을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관련 랜덤 코딩을 사용할 때, 강한 비밀성 기준 하에서 AVWC의 정확한 비밀성 용량은 무엇인가?
• RQ2 제안된 두 가지 강한 비밀성 기준은 AVWC 환경에서 동일한 비밀성 용량 공식을 도출하는가?
• RQ3 AVWCs에서 결정론적 코딩 비밀성 용량은 관련 랜덤 코딩 비밀성 용량과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ4 결정론적 코드를 사용할 때, 약한 비밀성 기준 하에서 AVWC의 비밀성 용량은 무엇인가?
• RQ5 관련 랜덤 코딩 비밀성 용량은 AVWC 매개변수의 연속 함수인가?

주요 결과

• 강한 비밀성 하에서 AVWC의 비밀성 용량은 관련 랜덤 코딩과 보조 채널 모델을 사용하여 유도된 공식을 통해 완전히 특성화된다.
• 형식은 다르지만 두 가지 강한 비밀성 기준은 동일한 비밀성 용량 공식을 도출하여 결과의 강건성을 보장한다.
• 관련 랜덤 코딩 비밀성 용량은 AVWC에 대해 연속적이며, 채널 상태 변화에 대해 부드럽게 의존함을 나타낸다.
• AVWC의 결정론적 코딩 비밀성 용량은 0이거나 관련 랜덤 코딩 비밀성 용량과 정확히 동일하며, 채널 구조에 따라 달라진다.
• 약한 비밀성 기준 하에서 결정론적 코딩 비밀성 용량에 대한 완전한 특성화가 도출되어, AVWC 내에서의 행동을 포괄적으로 이해할 수 있게 한다.
• 수신자에게는 복합 채널이고 탈취자에게는 임의로 변화하는 보조 채널 모델은 비밀성 누출과 용량 한계의 정밀한 분석을 가능하게 한다.