Enhancing Secrecy Rates in a wiretap channel
可靠的通信对可达到的速率，即香农容量施加了上限。Wyner的窃听编码，它确保了安全约束，除了可靠性，也导致可实现的速率的降低。为了减轻损失的保密率，我们提出了一个编码方案，我们使用足够旧的消息作为密钥，并证明了该方案的多个消息是安全的（w.r.t.）窃听者掌握的所有信息我们还表明，我们可以实现强意义上的安全。接下来，我们考虑一个衰落窃听信道的窃听者的信道的完整的信道状态信息，并使用我们的编码/解码方案，以实现保密容量接近香农容量的主信道（在遍历意义上）。最后，我们还考虑的情况下，发射机不具有的瞬时信息的信道状态的窃听，但只有其分布。
2017-02-11 cs.CR cs.IT math.IT
Enhancing Secrecy Rate Region for Recent Messages for a Slotted Multiple Access Wiretap Channel to Shannon Capacity Region
安全约束导致窃听通道中出现\textit{rate-loss}。在本文中，我们提出了一种编码方案的两个用户的多址接入信道与窃听（MAC-WT），以前的消息被用作一个关键，以提高保密率的两个用户，直到我们实现通常的容量区域的多址接入信道（MAC）没有窃听（香农容量区域）。利用该方案，到目前为止，在最近的过去传输的所有消息相对于窃听者的所有信息是安全的。为了实现这一目标，我们引入秘密密钥缓冲区的用户，以及在合法的接收器（鲍勃）。最后，我们考虑一个衰落的MAC-WT，并表明这种编码/解码方案，我们可以实现衰落的MAC（遍历意义上）的容量区域。
2017-01-15 cs.CR cs.IT math.IT
Polar Coding for Secure Transmission and Key Agreement
Wyner关于窃听信道的工作和最近关于信息论安全的工作都是基于随机码的。用实际的编码方案实现信息理论安全是有一定意义的。在本说明中，试图通过采用Arıkan的极性编码技术来克服这一难以捉摸的任务。结果表明，极化码实现非平凡的完美保密率的二进制输入退化窃听信道，同时享受其低的编码-解码复杂度。在对称的主信道和窃听信道的特殊情况下，这种编码技术实现了保密容量。其次，考虑了衰落擦除窃听信道，提出了一种秘密密钥协商方案，该方案只需要窃听者信道状态信息（CSI）的统计知识。的使能因素是创造的优势超过夏娃，通过盲目地使用建议的方案在每个衰落块，然后利用隐私放大技术来生成密钥。
2010-03-06 cs.CR cs.IT math.IT
Non-Adaptive Coding for Two-Way Wiretap Channel with or without Cost Constraints
本文研究双向窃听信道的强保密传输，利用非自适应编码与条件 Rényi 互信息刻画保密及错误指数，并给出有、无成本约束下保密容量区域内界。
2023-10-21 cs.CR cs.IT math.IT
Achieving the Secrecy Capacity of Wiretap Channels Using Polar Codes
假设Alice希望通过通信信道C_1向Bob发送消息，但她的传输也通过另一信道C_2到达窃听者Eve。我们的目标是设计一个编码方案，使爱丽丝能够可靠和安全地进行通信。可靠性是根据Bob在恢复消息时出错的概率来衡量的，而安全性是根据Eve的含糊率来衡量的。Wyner证明了这种情况的特征在于一个单一的常数C_s，称为保密容量，它具有以下含义：对于所有的$ε> 0$，存在速率$R \ge C_s - ε$的编码方案，渐近地实现可靠性和安全性的目标。然而，他对这个结果的证明是基于一个非构造性的随机编码论证。迄今为止，尽管有相当大的研究努力，我们知道如何构建实现保密容量的编码方案的唯一情况是当Eve的信道C_2是擦除信道或其组合变体时。极化码最近由Arikan发明;它们接近对称二进制输入离散无记忆信道的容量，具有低编码和解码复杂度。在这里，我们使用极化码来构建一个编码方案，实现了广泛的窃听信道的保密能力。只要C_1和C_2都是对称的二进制输入，并且C_2相对于C_1降级，我们的构造就适用于窃听信道模型的任何实例化。此外，我们展示了如何修改我们的建设，以提供强大的安全性，在这个意义上定义的毛雷尔，同时仍然以接近保密能力的速度运行。在这种情况下，我们不能保证可靠性条件将被满足，除非主通道C_1是无噪声的，尽管我们相信它在实践中总是可以被满足的。
2011-04-04 cs.CR cs.IT math.IT
Applications of LDPC Codes to the Wiretap Channel
随着量子密钥分发（QKD）系统的出现，现在可以实现加密密钥的分发的完美（即信息理论）安全性。QKD系统和类似的协议使用经典的纠错码来进行纠错（使诚实的一方纠正错误）和隐私放大（使窃听者完全无知）。从编码的角度来看，与这种设置相对应的一个很好的模型是Wyner在1975年引入的窃听信道。本文研究了抽头信道的基本极限和编码方法。我们提供了另一种观点的证明窃听信道的保密能力，并显示如何实现代码的能力可以用来实现任何窃听信道的保密能力。我们还考虑了二进制擦除信道和二进制对称信道的窃听信道的特殊情况，并提出了具体的实用代码。在某些情况下，我们的设计实现了保密能力，在其他情况下，代码提供的安全率低于保密能力。对于一个无噪声的主信道和二进制擦除信道的特殊情况下，我们考虑编码器和解码器的设计实现秘密的窃听信道上的代码，我们表明，它是可能的构造线性时间可解码的保密码的基础上LDPC码，实现保密。
2007-01-29 cs.CR cs.IT math.IT
Achieving the Secrecy Capacity of Wiretap Channels Using Polar Codes
假设Alice希望通过通信信道C_1向Bob发送消息，但她的传输也通过另一信道C_2到达窃听者Eve。我们的目标是设计一个编码方案，使爱丽丝能够可靠和安全地进行通信。可靠性是根据Bob在恢复消息时出错的概率来衡量的，而安全性是根据消息和Eve的观察之间的互信息来衡量的。Wyner证明了这种情况的特征在于一个单一的常数C_s，称为保密容量，它具有以下含义：对于所有的$ε> 0$，存在速率$R \ge C_s - ε$的编码方案，渐近地实现可靠性和安全性的目标。然而，他对这个结果的证明是基于一个非构造性的随机编码论证。迄今为止，尽管有相当大的研究努力，我们知道如何构建实现保密容量的编码方案的唯一情况是当Eve的信道C_2是擦除信道或其组合变体时。极化码最近由Arikan发明;它们接近对称二进制输入离散无记忆信道的容量，具有低编码和解码复杂度。在这里，我们使用极化码来构造一种编码方案，该编码方案实现了一般窃听信道的保密容量。只要C_1和C_2都是对称的且二进制输入，我们的构造就适用于Wyner最初定义的窃听通道模型的任何实例化。此外，我们将展示如何修改我们的建设，以实现强大的安全性，如毛雷尔所定义的，同时仍然以接近保密能力的速度运行。在这种情况下，我们不能保证可靠性条件将被满足，除非主通道C_1是无噪声的，尽管我们相信它在实践中总是可以被满足的。
2011-09-25 cs.CR cs.IT math.IT
Security for adversarial wiretap channels
本文研究具有记忆或受对手影响的窃听信道，证明基于提取器逆与纠错码的显式高效编码方案在对手可控状态但每状态强对称的信道上仍能达到保密容量。
2024-04-02 cs.CR cs.IT math.IT
A Novel Key Generation Scheme Using Quaternary PUF Responses and Wiretap Polar Coding
物理不可克隆函数（PUF）在资源受限设备的秘密密钥生成中被广泛考虑。然而，PUF需要额外的硬件开销。在本文中，我们专注于开发一个PUF有效的，强大的，安全的密钥生成方案。首先，提出了一种用于提取四进制PUF响应的新方法以增加PUF响应的熵，其中从多次评估单个PUF单元中提取2比特响应。响应的概率质量可以通过适当地设置参数来调整。然后，选择秘密模型为基础的模糊提取器（FE）的设计，从四进制PUF响应提取密钥。为了提高该FE的安全性，将其建模为窃听信道系统，并采用窃听极化编码来减少秘密泄漏。本文还给出了保密泄漏的上限，它表明，可以通过适当地选择四进制PUF响应生成的参数来实现任意小（甚至为零）的泄漏。比较结果表明，在我们的方案中，达到相同的保密水平所需的PUF单元的数量是低至一半的国家的最先进的计划。
2021-03-07 cs.CR
Multi-receiver Wiretap Channel with Public and Confidential Messages
本文研究了具有公共和机密信息的多接收者窃听信道。在该信道中，存在希望在外部窃听者存在的情况下与两个合法用户通信的发送器。发送器向每个合法用户发送一对公共和机密消息。虽然对公共消息没有保密限制，但机密消息需要以完全保密的方式传输。研究了离散无记忆多接收机窃听信道及其高斯多输入多输出（MIMO）情况。首先，我们考虑退化的离散无记忆信道，并通过使用一个可实现的方案，使用叠加编码和分箱获得的容量区域的内界。接下来，我们得到了一个外边界，并表明，这个外边界部分匹配的内边界，退化的信道模型的容量区域提供了部分表征。其次，我们得到了一个内界的一般，不一定退化，离散无记忆信道，通过使用马顿的内界，叠加编码，速率分裂和binning。第三，我们考虑了退化的高斯MIMO信道，并表明，为了评估内外界，只考虑联合高斯辅助随机变量和信道输入是足够的。由于内界和外界部分匹配，这些充分性结果提供了退化高斯MIMO信道的容量区域的部分表征。最后，我们提供了一个一般的，不一定退化，高斯MIMO多接收机窃听信道的容量区域的内界。
2011-06-21 cs.CR cs.IT math.IT
Physical-Layer Security: Combining Error Control Coding and Cryptography
在本文中，我们考虑串联错误控制编码和密码设置的{ \em窃听信道}由于Wyner。在典型的通信系统中，加密应用程序在物理层之上的层上运行，并假设信道是无错误的。然而，在任何实际应用中，友好用户和被动窃听者的通道都不是没有错误的，Wyner的窃听模型解决了这种情况。使用这个模型，我们显示了一个共同的密码原语，即基于线性反馈移位寄存器（LFSR）的密钥流生成器的安全性，可以加强利用物理层的属性。可以使被动窃听者在破解基于LFSR的密码系统时经历更大的困难，使得发现秘密密钥的计算复杂性增加了几个数量级，或者完全不可行。这一结果显示了两个快速相关攻击最初提出的迈耶和Staffelbach，由于窃听信道模型的信道错误的上下文中。
2009-04-16 cs.CR cs.IT math.IT
Message Authentication Code over a Wiretap Channel
消息认证码（MAC）是密钥函数$f_K$，使得当与Bob共享秘密$K$的Alice向后者发送$f_K(M)$时，Bob将确保$M$的完整性和真实性。传统上，假设信道是无噪声的。然而，Maurer表明，在这种情况下，攻击者可以在验证$\ell$消息后以$2^{-\frac{H(K)}{\ell+1}}$的概率成功。在本文中，我们考虑设置的通道是嘈杂的。具体地，Alice和Bob通过离散无记忆信道（DMC）$W_1$和无噪声但不安全的信道连接。此外，攻击者Oscar通过DMC $W_2$与Alice连接，并通过无噪声信道与Bob连接。在这种情况下，我们研究的框架，发送$M$无噪声信道和传统的MAC $f_K(M)$信道$(W_1, W_2)$。我们把有噪声的信道看作是一种昂贵的资源，并将认证率$ρ_{auth}$定义为消息长度与$W_1$使用的信道数$n$的比值。该框架的安全性取决于用于$f_K(M)$的信道编码方案。自然编码方案是使用Csiszár和Körner的保密容量实现码。直觉上，这也是最优策略。然而，我们提出了一个编码方案，实现了更高的$ρ_{auth}.$我们的关键点，这是在保密能力设置，鲍勃需要恢复$f_K(M)$，而在我们的编码方案，这是没有必要的。如何在不恢复$f_K(M)$的情况下检测攻击是本文的主要贡献。我们通过随机编码技术来实现这一点。
2015-05-29 cs.CR cs.IT math.IT
Secure Coding via Gaussian Random Fields
由严格非线性高斯随机场给出生成模型的逆概率问题表现出全有或全无的行为：存在一个临界速率，在该速率下贝叶斯推理表现出相变。低于这个速率，最优贝叶斯估计器可以完美地恢复数据，高于这个速率，恢复的数据变得不相关。本研究使用自旋玻璃理论的复制方法来表明，这个临界速率是信道容量。这一有趣的发现对安全传输问题有特殊的应用：严格非线性高斯随机场和随机分组可用于对窃听通道中的机密消息进行安全编码。我们的大系统特性表明，这种安全的编码方案渐近实现的高斯窃听信道的保密能力。
2022-05-18 cs.CR cs.IT math.IT
Information-theoretic Physical Layer Security for Satellite Channels
本文从卫星信道视角回顾窃听编码及更强的无密钥无条件保密概念，分析其一般构造在典型卫星信道中的适用性，并探讨物理层安全潜力与多协议协同的系统设计启示。
2017-01-07 cs.CR cs.IT math.IT
Analysis of Short Blocklength Codes for Secrecy
在本文中，我们提供了适用于物理层编码技术有限块长度高斯和衰落窃听信道模型的保密度量。我们的指标超越了一些已知的实际保密措施，如误码率和安全差距，使较低的概率保证出错率在短块长度之前和之后的保密解码器。我们的技术是特别有用的情况下，应用传统的信息理论的安全措施是不切实际的或根本还没有理解。这些度量可以帮助实际的系统分析和物理层安全代码的实际系统设计。此外，这些新措施填补了物理层安全编码的实际安全措施的当前景观中的空白，并可能有助于在现实世界系统中广泛采用物理层技术来实现安全性。我们还展示了如何提供新的指标技术，减少现实的信道模型，以更简单的离散无记忆窃听信道等价物，现有的保密码设计可以实现信息理论上的安全。
2015-09-23 cs.CR cs.IT math.IT
Dual MINE-based Neural Secure Communications under Gaussian Wiretap Channel
Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学）；State Grid Fujian Electric Power Co.LTD（国网福建省电力有限公司）；State Grid Hunan Electric Power Co.LTD（国网湖南省电力有限公司）
近年来，一些研究致力于端到端学习高斯窃听信道下基于自编码器的物理层安全通信系统。然而，在这些工作中，编码器模型的可靠性和安全性是通过不仅合法接收器而且窃听器的必要解码输出来学习的。事实上，已知窃听者的解码器或其输出的假设是不实际的。为了解决这个问题，在本文中，我们提出了一个双互信息神经估计（MINE）的神经安全通信模型。该方法的安全约束仅由合法信道和窃听信道的输入和输出信号样本构成，且编码器的训练完全独立于解码器。此外，由于安全编码的设计不依赖于窃听者的解码结果，因此安全性能不会受到窃听者的解码手段的影响。数值结果表明，我们的模型的性能是保证窃听者学习自己的解码器或使用合法的解码器。
2021-02-25 cs.CR cs.IT cs.LG
Learning End-to-End Codes for the BPSK-constrained Gaussian Wiretap Channel
Rutgers University（罗格斯大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
假设通信方配备有深度神经网络（DNN），并且通过二进制相移键控（BPSK）调制方案进行通信，则以端到端的方式针对高斯窃听信道学习长度码。目标是通过DNN找到代码，DNN允许一对发送器和接收器在存在旨在解码秘密消息的对手的情况下可靠和安全地通信。遵循信息理论保密原则，利用称为MINE（互信息神经估计）的深度学习工具根据互信息评估安全性。系统性能评估不同的DNN架构，设计基于现有的安全编码方案，在发射机。数值结果表明，合法的各方确实可以建立一个安全的传输，在这种设置的学习代码几乎达到边界上的含糊区域的点。
2020-03-23 cs.CR cs.LG stat.ML
Coding for Cryptographic Security Enhancement using Stopping Sets
本文讨论了信道码增强密码保密性的能力。为此，我们提出的保密度量的自由度在攻击者的密码知识，这是类似于模棱两可。使用这种保密的概念，我们展示了如何一个具体的实际信道编码系统可以用来隐藏有关密文的信息，从而增加了密码攻击的难度。系统设置是窃听信道模型，其中传输的数据通过独立的分组擦除信道遍历，并具有用于认证ARQ（自动重传请求）的公共反馈。该码的设计依赖于穿孔非系统的低密度奇偶校验码的意图，造成窃听停止设置在解码器。此外，当停止集发生时，该设计放大了错误，使得接收机必须正确地猜测所有信道擦除位以避免密文中一半的预期出错率。我们扩展了以前的结果的编码方案的设计标准，降低了最大似然攻击的消息传递攻击的有效性。我们进一步扩展安全分析模型与多个接收者和合作的攻击者。在所有这些情况下，通过利用物理层的属性来增强密码安全性。的增强准确地提出作为一个函数的自由度在窃听者的知识的密文，甚至被证明是存在的窃听者有更好的信道质量比合法的接收器。
2011-02-15 cs.CR
