[论文解读] Achieving Shannon Capacity in a Wiretap Channel via Previous Messages

Shahid Mehraj Shah, Vinod Sharma|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2014

Wireless Communication Security Techniques参考文献 17被引用 3

一句话总结

本文提出了一种无线窃听信道编码方案，通过利用密钥缓冲区存储并重用旧的密钥比特，实现了主信道的保密容量。通过使用缓冲区中最旧的存储密钥来保护当前及近期的传输，该方案确保过去 $N_1$ 个时隙的所有消息对窃听者均保持安全，且 $N_1$ 可任意增大，其安全性超越了以往的工作。

ABSTRACT

In this paper we consider a wiretap channel with a secret key buffer. We use the coding scheme of [1] to enhance the secrecy rate to the capacity of the main channel, while storing each securely transmitted message in the secret key buffer. We use the oldest secret bits from the buffer to be used as a secret key to transmit a message in a slot and then remove those bits. With this scheme we are able to prove stronger results than those in [1]. i.e., not only the message which is being transmitted currently, but all the messages transmitted in last $N_1$ slots are secure with respect to all the information that the eavesdropper possesses, where $N_1$ can be chosen arbitrarily large.

研究动机与目标

• 提升无线窃听信道中的保密速率，使其匹配主信道的容量。
• 通过保护过去 $N_1$ 个时隙的消息，超越当前传输的保护范围，提升安全保证。
• 设计一种高效重用缓冲区中存储的密钥比特的方案，以保护新传输的消息。
• 证明强于以往工作的安全结果，尤其针对过去的消息。

提出的方法

• 该方案使用密钥缓冲区存储每个安全传输消息的密钥比特。
• 将缓冲区中最旧的密钥比特用作当前传输的一次性密码本。
• 使用后，将密钥比特从缓冲区中移除，防止重复使用。
• 编码策略确保过去 $N_1$ 个时隙的所有消息均保持安全，无论窃听者观察到多少信道输出。
• 该方法基于 [1] 的框架，但通过扩展受保护消息的范围，增强了其安全保证。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过使用密钥缓冲区，使保密速率提升至匹配主信道容量？
• RQ2 能否保证过去的消息（而不仅仅是当前消息）对窃听者保持安全？
• RQ3 可以保持安全的过去消息数量有多大？该数量能否被设为任意大？
• RQ4 能否通过重用存储的密钥比特，同时提升无线窃听信道的效率与安全性？

主要发现

• 所提出的方案实现了主信道的保密容量，与主信道容量完全匹配。
• 过去 $N_1$ 个时隙内传输的所有消息均保持安全，其中 $N_1$ 可任意选择为较大值。
• 即使窃听者观察到所有过去信道输出，过去消息的安全性依然得到保障。
• 该方案通过将保密范围扩展至当前传输时隙之外，优于以往工作。