[论文解读] A Novel Scheme for Secured Data Transfer Over Computer Networks

Rangarajan Vasudevan, Ajith Abraham+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2010

Chaos-based Image/Signal Encryption参考文献 14被引用 5

一句话总结

本文提出了一种新颖的无加密数据传输方案，采用‘拼图’类比将数据分割为安全且可互换的部分进行传输。通过利用类似一次性密码本的随机性以及可并行化的数据包分发机制，该方法通过嵌入的认证码实现信息论安全性和真实性，确保任何中间节点在缺少完整拼图碎片的情况下均无法重构原始数据。

ABSTRACT

This paper presents a novel encryption-less algorithm to enhance security in transmission of data in networks. The algorithm uses an intuitively simple idea of a "jigsaw puzzle" to break the transformed data into multiple parts where these parts form the pieces of the puzzle. Then these parts are packaged into packets and sent to the receiver. A secure and efficient mechanism is provided to convey the information that is necessary for obtaining the original data at the receiver-end from its parts in the packets, that is, for solving the "jigsaw puzzle". The algorithm is designed to provide information-theoretic (that is, unconditional) security by the use of a one-time pad like scheme so that no intermediate or unintended node can obtain the entire data. A parallelizable design has been adopted for the implementation. An authentication code is also used to ensure authenticity of every packet.

研究动机与目标

• 解决传统加密在保护不受信网络中数据传输方面的局限性。
• 设计一种不依赖计算难题的无条件安全方案。
• 在保持强机密性和真实性的同时，实现并行、高效的地数据传输。
• 提供一种机制，使接收方仅通过授权的拼图碎片即可安全重构数据。

提出的方法

• 数据被分割为多个部分，类似于拼图碎片，每一部分代表原始数据中非敏感但关键的片段。
• 对每个片段应用类似一次性密码本的随机化方案，以确保信息论安全性。
• 每个数据包包含唯一标识符和认证码，以验证完整性并防止篡改。
• 接收方使用预定义密钥或重构算法，将片段重新组合为原始数据。
• 该方案设计为可并行化，支持数据片段的独立传输与处理。
• 使用一次性密码本确保，即使攻击者完全掌握片段，也无法在缺少正确重构密钥的情况下推导出原始数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种不依赖传统加密算法的安全数据传输机制？
• RQ2 如何在实际、可扩展的网络环境中实现信息论安全性？
• RQ3 何种机制可确保仅授权接收方可从碎片化数据包中重构原始数据？
• RQ4 如何在不引入显著开销的前提下验证数据包的真实性？
• RQ5 该方案能否在保持强保密性保证的同时支持并行传输？

主要发现

• 所提出的方案实现了信息论安全性，意味着其对任何计算能力无限的攻击者均保持安全。
• 采用类似一次性密码本的随机化机制，确保从任意片段子集均无法推导出原始数据的任何部分信息。
• 该方案支持并行传输，提升了高吞吐量环境下的效率与可扩展性。
• 认证码已成功集成至每个数据包，确保仅有效片段可参与重构过程。
• 该方法无需传统加密，降低了计算开销，同时保持了强安全保证。
• 该方案对窃听具有鲁棒性，因为任何中间节点在缺少全部拼图碎片及正确重构密钥的情况下均无法重构原始数据。