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合作干扰.doc


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文档列表 文档介绍
合作干扰
南京邮电大学
毕业设计(论文)外文资料翻译学院
专业
学生姓名
班级学号
外文出处
附件: 通信与信息工程学院电子信息工程张孝甜 B120111 IEEE Signal Prpcessing Magazine,. 外文资料翻译译文;
1 1.
物理层的协作安全
——关于最近进展的总结
[Raef Bassily, Ersen Ekrem, Xiang He, Ender Tekin, Jianwei Xie,Matthieu R. Bloch, Sennur Ulukus, and Aylin Yener]
摘要:因为传输媒介的固有开放性,对于安全攻击无线通信显得尤其脆弱。有些未经授权的实体,他们会拦截正在进行的无线通信,针对这些实体,我们专注于保证通信的保密性。在这篇文章里,我们对物理层的研究发展即利用独特的合作技术保证通信的安全进行了总结。这些合作技术包括精心设计的编码和利用物理层属性并确保信息论安全水平的信令方案。
内容:信息论安全的第一种方法要追溯到香农 1949年的论文[1],他在论文里描述了一个在窃听信道里的特殊情况即在存在窃听者的情况下,发射机希望和合法的接收机进行安全通信。香农的模型三个实体之间的无噪声信道,并且对于合法的接受者和窃听者观察是相同的,都需要信息论理论安全等级这意味着窃听者的观察不应泄露关于发送消息的任何信息。在这个设置中,香农表明合法接受者可以通过分享密钥实现理论上的安全通信。见图1(a)。如果信息用W表示,密钥用K表示,香农理论一步要求合法发送机发送X=W⊕K,供合法接收者和窃听者接收。合法接收者接收到信号后进一步与密钥异或运算,从而恢复出信息W。香农理论表明每个密钥是均匀的且只能使用一次故称为一次密钥,并且,因为信号X是统计独立的,所以它没有泄漏任何关于消息W的任何信息给窃听者。然而不幸的是密钥长度应与消息相等,这样实施起来的代价太高了。
图1 (a)香农模型的无噪声窃听信道和密钥(b)Wyner的有噪声窃听信道。
这种理论导致了公开密钥的诞生,即放弃用信息论安全的代替基于计算机计算的安全。计算机可以快速计算很多困难的运算,如保留整数和素数,求取离散对数,所以这需要窃听者及时计算窃听到的信息才能成功的窃听通信的信息
[2][3] 。同时,Wyner引入了嘈杂的窃听渠道[见图1(b)],其中两个环节从合法的发射机到合法的接收器和窃听者是嘈杂的,窃听者获取一个退化版本的合法的接收器的信息[ 4 ]。在这个模型中Wyner定义了保密能力即合法接收者可以保证通信可靠性并且防止窃听的通信速率上确界。
Wyner的信息概念是要求: limn→∞[(1/n)I(W;Zn)]=0,.,来放松香农的定义。在编码长度n的限制下,窃听者的观察zn泄露了一定的信息。这个要求被称作弱保密性,并且由于它允许窃听者关于信息W的获取为零,所以常被批评。Wyner的定义可以加强为:
2
limn→∞
I(W;Zn)=0,,这个泄漏量即为保密性强度。值得一提的是,在相同的保密能力下,两者保密性强和弱约束着传输的效果[5][6]。
怀纳的结果发现,如果窃听者的观察是一个合法用户的降级版本,在不使用任何密钥的情况下,保证合法用户安全通信同时保持窃听者完全无知是有可能的。接着,Csiszár 和 K?rner对怀纳的理论进行了一般性总结,这个结果决定了窃听信道的保密能力。他们的结果已经表明,即使窃听者与合法用户同等的接收消息,由于信道固有的随机性,合法用户比窃听者有一定的优势,所以实现安全的通信是可能的。密码学和信息论安全的基本区别如下图2所示:加密操作在更高的层的协议栈加密,而信息理论利用通信信道中固有的随机性,通过适当的信令和信道编码在物理层进行。
图2:密码学与信息理论方法在通信安全上的区别
对于一般的窃听信道的保密能力为:
Cs=
V→X→Y,ZmaxI(V;Y)-I(V;Z), (1)
式中从V(信息携带的信号)到X(信道输入)的映射称为信道前缀。
当窃听信道退化,即通道输入X,Bob的通道输出Y 和Eve的通道输出Z满足马尔可夫链X→Y→Z没有必要通道前缀,并且V = X时选择最优[7],此时保密能力降低到:
Cs=maxI(X;Y)-I(X;Z).X (2)
方程(1)和(2)表明,保密是一个相对的概念,这涉及到差异率要Bob和Eve信道的差异率。(2)的保密能力通过所谓的随机编码来实现,在随机编码中,每条消息与与多个码字相关来迷惑偷听者。通过消息率Cs和混乱率(X,Z),Bob可以对安全信息和混乱的消息进行

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  • 时间2017-10-06