[论文解读] 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 28

一句话总结

本文提出了一种在二元对称信道上实现可否认通信的方案，其中爱丽丝能可靠地向鲍勃发送 O(√n) 比特信息，同时确保观察到更嘈杂信道的威利无法检测到传输。该方案利用信息论技术将通信隐藏在噪声中，在公开知晓协议且无共享随机性的条件下，实现了阶最优的可否认传输。

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.

研究动机与目标

• 在威利观察到显著更嘈杂的信道时，实现爱丽丝与鲍勃之间可靠且可否认的通信。
• 即使威利知晓爱丽丝的协议，也确保其无法检测到爱丽丝是否在传输。
• 在爱丽丝与鲍勃之间无共享随机性的条件下实现可否认通信。
• 在这些约束条件下，证明通信速率的信息论阶最优性。

提出的方法

• 爱丽丝在噪声水平低于威利观测信道的二元对称信道（BSC）上发送消息。
• 该方案利用爱丽丝的传输在统计上与威利信道中的噪声不可区分的特性。
• 采用编码策略，确保鲍勃即使在信道噪声存在的情况下也能可靠地解码信息。
• 协议设计使得即使威利完全知晓方案，也无法区分传输信号与噪声。
• 分析依赖于信息论界，以确定可否认通信的最大可达速率。
• 该方法证明了在 n 次信道使用中，可可靠且可否认地传输 O(√n) 比特。

实验结果

研究问题

• RQ1 爱丽丝在对威利保持不可检测的前提下，能以多高的速率向鲍勃发送信息？
• RQ2 是否可以在爱丽丝与鲍勃之间无共享随机性的条件下实现可否认通信？
• RQ3 可否认通信的性能如何随信道使用次数 n 的增加而变化？
• RQ4 在给定约束条件下，所提出的通信速率是否阶最优？
• RQ5 即使威利知晓爱丽丝的协议，能否防止其检测到传输行为？

主要发现

• 爱丽丝可在 n 次信道使用中可靠地向鲍勃传输 O(√n) 比特信息，同时对威利保持不可检测。
• 即使威利知晓爱丽丝的通信协议并观察到显著更嘈杂的信道，该方案仍能实现可否认性。
• 在给定约束条件下，O(√n) 的通信速率在信息论上是阶最优的。
• 可在爱丽丝与鲍勃之间无任何共享随机性的条件下实现可否认通信。
• 该方案确保威利即使完全知晓协议，也无法估计传输是否正在进行。
• 结果通过信息论分析得到证明，确立了在此设置下可否认通信的根本极限。