[論文レビュー] Reliable Deniable Communication: Hiding Messages in Noise

Pak Hou, Mayank Bakshi+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2013

Wireless Communication Security Techniques参考文献 28被引用数 28

ひとこと要約

この論文は、アリスがボブにO(√n)ビットを信頼性高く送信する一方で、よりノイジーなチャネルを観測するウィリーが通信の送信を検出できないように保証する、二進対称チャネル（BSC）上での偽装通信方式を提案する。この方式は情報理論的技術を用いてノイズに通信を隠し、公開されたプロトコルと共有ランダムネスのない条件下で、順序的に最適な偽装通信を達成する。

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.

研究の動機と目的

• ウィリーがはるかにノイジーなチャネルを観測する状況下でも、アリスとボブの間で信頼性高くかつ偽装可能な通信を可能にすること。
• ウィリーがアリスのプロトコルを知っている場合でも、彼がアリスが送信しているかどうかを検出できないようにすること。
• アリスとボブの間で共有ランダムネスを一切用いずに偽装通信を達成すること。
• これらの制約下で、通信レートの情報理論的順序最適性を証明すること。

提案手法

• アリスは、ウィリーの観測チャネルよりもノイズレベルが低い二進対称チャネル（BSC）を介してメッセージを送信する。
• この方式は、ウィリーのチャネルにおいてアリスの送信信号がノイズと統計的に区別できないことを利用している。
• ボブがチャネルのノイズにもかかわらずメッセージを信頼性高く復号できるようにする符号化戦略を用いる。
• プロトコルは、ウィリーですら送信信号とノイズを区別できないように設計されている、たとえ彼が方式を完全に知っている場合でも同様である。
• 情報理論的境界を用いて、偽装通信の最大実現可能レートを確立する分析に依拠する。
• この方法により、n回のチャネル利用においてO(√n)ビットの通信が、信頼性と偽装性を両立して達成可能であることを証明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アリスは、ウィリーが検出できないようにしながら、n回のチャネル利用で最大何ビットのメッセージをボブに送信できるか？
• RQ2 アリスとボブの間に共有ランダムネスが存在しない状況でも、偽装通信は達成可能か？
• RQ3 偽装通信の性能は、チャネル利用回数nとともにどのようにスケーリングするか？
• RQ4 与えられた制約下で、提案された通信レートは順序的に最適か？
• RQ5 ウィリーがアリスのプロトコルを知っている場合でも、送信が行われているかどうかを検出できないようにできるか？

主な発見

• アリスは、n回のチャネル利用において、O(√n)ビットをボブに信頼性高く送信しつつ、ウィリーに検出されない。
• ウィリーがアリスの通信プロトコルを知り、はるかにノイジーなチャネルを観測している状況下でも、この方式は偽装性を達成する。
• 与えられた制約下で、O(√n)の通信レートは情報理論的に順序的に最適である。
• アリスとボブの間に共有ランダムネスが存在しない状況でも、偽装通信は可能である。
• ウィリーがプロトコルを完全に知っている場合でも、送信が行われているかどうかの推定が不可能である。
• 結果は情報理論的分析を用いて証明されており、この設定における偽装通信の根本的限界を確立している。