Informationstheoretische Sicherheit für realistische Kommunikationsszenarien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rafael Schaefer
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244590776

Die Forschungen in der Kommunikationstheorie und die rasanten Entwicklungen der Kommunikationssysteme machen Informationen jederzeit und überall verfügbar. Damit einher wird die Sicherheit von sensitiven und vertraulichen Informationen vor unerlaubten Zugriffen immer wichtiger. Heutzutage wird die Sicherheit vertraulicher Daten üblicherweise mit Hilfe von kryptographischen Techniken sichergestellt. Dieser Ansatz von Verschlüsselung basiert auf der Verfügbarkeit von Schlüsseln an Sender und Empfänger. Eine weitere wichtige Annahme ist, dass nicht-legitimierte Abhörer nicht ausreichende Rechenleistungen besitzen, um die Nachrichten zu entschlüsseln. Insbesondere drahtlose Kommunikationssysteme sind anfällig für Abhörer, da ein gesendetes Signal nicht nur vom legitimierten Empfänger empfangen wird, sondern auch einfach von nicht-legitimierten Empfängern abgehört werden kann. Die physikalischen Eigenschaften des drahtlosen Kanals andererseits bieten auch die Möglichkeit, andere Techniken als kryptographische zu verwenden. In diesem Kontext wird das Konzept der informationstheoretischen Sicherheit immer attraktiver, da es die Sicherheit der gesendeten Nachricht einzig und allein mit Hilfe des drahtlosen Kanals erreicht.Praktische Anwendungen dieses Konzepts jedoch haben den Schwachpunkt, dass aktuelle Forschungen in der Regel zu idealisierte Kommunikationsszenarien untersuchen. Insbesondere die Annahme von perfekter Kanalkenntnis zum nicht-legitimierten Abhörer ist viel zu optimistisch. Daher ist das große Ziel dieses Projektes das Verständnis von informationstheoretischer Sicherheit für realistische Kommunikationsszenarien zu vertiefen. Dies ist eine unabdingbare Voraussetzung, um das Konzept der informationstheoretischen Sicherheit für die praktische Implementierung nutzbar zu machen. Basierend auf den Konzepten der Shannonschen Informationstheorie soll in diesem Projekt das Konzept der informationstheoretischen Sicherheit unter realistischen Kommunikationsszenarien untersucht werden. Hierbei sollen verschiedene Ansätze zur Modellierung von Kanalunsicherheit untersucht werden sowie gegen welche Abhörstrategien die gesendeten Nachrichten geschützt werden können. Im Fokus stehen dabei besonders der sogenannte Vielfachzugriffskanal (multiple access channel) sowie der Verteilkanal (broadcast channel), für die Kapazitätsresultate hergeleitet werden sollen. Anschließend soll der Einfluss von kurzen Übertragungsblocklängen auf das Konzept der informationstheoretischen Sicherheit untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor H. Vincent Poor, Ph.D.