[论文解读] Completely secure practical cryptography

Arindam Mitra|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 1999

Chaos-based Image/Signal Encryption参考文献 17被引用 2

一句话总结

本文提出了一种新颖的密钥分发技术，通过在比特编码中战略性地引入噪声，实现了经典密钥和量子密钥的完全安全，逆转了噪声作为有害因素的传统角色。该方法从根本上脱离了标准信息处理范式，将噪声作为基础安全机制，从而实现实用且完全安全的密码学。

ABSTRACT

Cryptography - the art of secure communications, has been developed at leastover 2500 years. Still at present, no perfectly secure as well as practicallysuitable classical or quantum cryptosystems exist. Statistically encoding theindividual bit, here we present a practical key distribution technique which isabsolutely secure both for classical and quantum keys. To achieve perfectsecurity, noise has to be strategically introduced. Noise, a detrimentalfactor, which never becomes helpful anywhere in classical and quantuminformation theory, can be used as a gift of nature in our cryptosystem sincefundamentally the coding of this cipher system does not follow the standardtechnique of classical and quantum information processing.

研究动机与目标

• 为解决密码学中长期存在的空白，开发一种既完全安全又实际可行的系统。
• 克服现有经典或量子密码系统无法同时实现完全安全与实际可用性的局限。
• 重新定义噪声在密码学中的角色，将其从干扰因素转变为核心安全推动者。
• 设计一种密钥分发技术，能够抵御所有攻击形式（包括来自量子攻击者的攻击），且不依赖计算假设。

提出的方法

• 系统在单个比特的编码过程中有意引入噪声，而非像传统系统那样抑制噪声。
• 在密钥分发过程中战略性地布置噪声，以确保任何窃听尝试均能被检测到且无效。
• 该方法脱离了标准的经典与量子信息处理技术，依赖一种非标准编码框架。
• 安全性并非基于计算困难性，而是源于注入噪声的编码结构本身。
• 该方法与经典和量子密钥传输信道保持兼容。
• 密码系统的设计确保攻击者无法利用噪声，使其在未被检测到的情况下无法提取任何有意义的信息。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能够设计一种密钥分发系统，在现实环境中既实现完全安全又具备实际可实施性？
• RQ2 是否可能将噪声——通常被视为有害因素——作为密码安全中的建设性元素加以利用？
• RQ3 如何设计一种密码系统，使其在不依赖计算假设的前提下，仍能抵御所有形式的窃听，包括量子攻击？
• RQ4 何种替代编码框架可取代标准信息处理，以实现基于噪声的安全机制？
• RQ5 能否构建一种系统，既具备信息论安全性，又在经典与量子通信中具备实际可操作性？

主要发现

• 所提出的系统对经典密钥和量子密钥均实现了完全安全，消除了对计算假设的依赖。
• 噪声被成功重新定位为安全机制，实现了绝对保密性，同时不损害实用性。
• 该系统运行于标准经典与量子信息处理框架之外，从而实现了新的安全保证。
• 由于在比特编码中结构化地引入了噪声，任何窃听尝试均可被检测到。
• 该方法表明，噪声这一传统障碍，实际上可成为密码系统中安全的根本推动因素。
• 该系统为实现对经典与量子攻击者均安全的实用化、完全安全通信提供了切实可行的路径。