[논문 리뷰] Wyner-Ziv Coding for Physical Unclonable Functions and Biometric Secrecy Systems

Onur Günlü, Onurcan İşcan외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 01.

Wireless Communication Security Techniques인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 물리적 불가복제 함수(PUF) 및 생체 인증 기밀 시스템을 위한 두 가지 윈너-지브 코딩 기반 설계를 제안한다: 첫 번째로는 최적의 키 누출-저장소 트레이드오프를 달성하기 위해 무작위 선형 코딩을 사용하고, 두 번째로는 벡터 양자화 및 오류 수정에서 성능을 향상시키기 위해 네스티드 펄스 코딩을 사용한다. 네스티드 펄스 코딩 설계는 기존 방법으로는 도달할 수 없는 레이트 튜플을 달성하여, 더 뛰어난 기밀 누출 및 저장소 효율성을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 물리적 불가복제 함수(PUF) 및 생체 키 협상 시스템에서의 키 누출-저장소 트레이드오프 문제를 해결하기 위해.
• 생성된 비밀번호 및 선택된 비밀번호 모델 모두에서 키 누출-저장소 영역의 최적 점을 달성하는 실용적인 코딩 기법을 개발하기 위해.
• 구조적 코딩 기법을 활용해 기존 코딩 설계 대비 기밀 누출 및 저장소 효율성을 향상시키기 위해.
• 네스티드 펄스 코딩이 생체 및 PUF 기반 기밀 시스템에서 기존 코딩 설계를 능가할 수 있음을 입증하기 위해.

제안 방법

• 수신기에서 측정 정보를 활용하는 소스 코딩 원리를 적용하기 위해 윈너-지브 코딩 원리를 사용하여 생체 또는 PUF 식별자에 적용한다.
• 첫 번째 설계에서 생성된 비밀번호 및 선택된 비밀번호 모델 모두에서 키 누출-저장소 영역의 모든 점을 달성하기 위해 무작위 선형 코딩을 활용한다.
• 등록 시 벡터 양자화 및 재구성 시 오류 수정을 위해 네스티드 펄스 코딩을 적용하며, 그 구조적 특성을 활용해 성능을 향상시킨다.
• 펄스 코딩의 특성을 활용해 비밀성 누출을 최소화하면서 낮은 저장소 오버헤드를 유지하기 위해 코딩 설계를 최적화한다.
• 생체 소스를 수신기에서 측정 정보가 존재하는 상관된 소스로 간주함으로써 윈너-지브 접근법을 생체 키 생성과 통합한다.
• 실제 조건에서 시스템을 시뮬레이션하여 기밀 누출 및 저장소 효율을 평가하고, 기존 코딩 설계와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 윈너-지브 코딩이 물리적 불가복제 함수 및 생체 시스템에 효과적으로 적용되어 최적의 키 누출-저장소 트레이드오프를 달성할 수 있는가?
• RQ2 무작위 선형 코딩 및 기존 설계 대비 네스티드 펄스 코딩과 같은 구조적 코딩이 기밀 누출 및 저장소 효율성 측면에서 뛰어나게 성능을 발휘할 수 있는가?
• RQ3 제안된 코딩 설계를 통해 키 누출-저장소 영역에서 달성 가능한 레이트 튜플은 무엇인가?
• RQ4 기존 방법으로는 도달할 수 없는 레이트 튜플을 달성하는 코딩 설계가 존재하는가?

주요 결과

• 무작위 선형 코딩 설계는 생성된 비밀번호 및 선택된 비밀번호 모델 모두에서 키 누출-저장소 영역의 모든 점을 달성한다.
• 시뮬레이션 결과 네스티드 펄스 코딩 설계는 기존 코딩 설계 대비 더 낮은 기밀 누출 및 저장소 비용을 기록한다.
• 제안된 네스티드 펄스 코딩 설계 중 하나는 기존 어떤 코딩 설계로도 도달할 수 없는 레이트 튜플을 달성한다.
• 벡터 양자화 및 오류 수정 모두에 네스티드 펄스 코딩을 사용함으로써 실용적인 생체 및 PUF 기반 기밀 시스템에서 향상된 시스템 성능을 달성할 수 있다.