Informationstheoretische Sicherheit für Multiple Access und Broadcast Kanäle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In künftigen drahtlosen Netzen müssen nicht nur die höheren Datenratenanforderungen der Nutzer erfüllt werden, sondern es müssen auch weitere und neuartige Leistungsindikatoren berücksichtigt werden. Insbesondere muüssen diese Netze die Anforderungen der Nutzer in Bezug auf Geheimhaltung, Datenschutz und Vertraulichkeit erfüllen. Während dies eine Aufgabe ist, die normalerweise hin zu höheren Schichten in der technischen Kommunikation verlagert wird, wird in diesem Projekt ein neuartiges Sicherheitsparadigma untersucht, das sich auf informationstheoretische Sicherheit bezieht und darauf abzielt, Sicherheit auf der physikalischen Schicht zu bieten. In diesem Zusammenhang zielte das Projekt auf drei wichtige Aspekte ab, nämlich • die Frage, wie die Übermittlung sensibler Daten an Benutzer in drahtlosen Netzwerken unter Wahrung der Privatsphäre durch Nutzung des Konzepts des Caching auf der physikalischen Schicht erfolgen kann • die Charakterisierung der grundlegenden Grenzen der sicheren Kommunikation mit verschiedenen Sicherheitseinschränkungen und Netzwerkannahmen • die Auswirkungen der mangelnden Kenntnis der drahtlosen Kanäle im Netz. Insbesondere aufgrund der offenen Luftschnittstelle der drahtlosen Kommunikation kann die Kommunikationsverbindung zwischen der Basisstation und den legitimen Empfängern durch Dritte abgehört werden. Um das Abhörpotenzial zu reduzieren, wurden verschiedene Konzepte auf der physikalischen Schicht untersucht, angefangen beim Caching auf der physikalischen Schicht, der Symbolerweiterung mit Störsignalen und der Nutzung von Nebeninformationen an den Knoten. Im Rahmen des Projekts haben wir die grundlegenden informationstheoretischen Grenzen in Form von unteren und oberen Schranken für die Sicherheits-Kapazität sowohl in drahtgebundenen als auch in drahtlosen Netzen untersucht, um die Sicherheits-Kapazität entweder genau oder näherungsweise in Form von sicheren verallgemeinerten Freiheitsgraden zu charakterisieren. Insbesondere wurden zwei wichtige Sicherheitsbedingungen behandelt, nämlich individuelle und globale Sicherheit. Während erstere darauf abzielt, die Vertraulichkeit von Daten aus einer nutzerzentrierten Perspektive zu gewährleisten, zielt letztere auf die gemeinsame Vertraulichkeit aus der Netzwerkperspektive ab. Die aus den Ergebnissen gewonnenen Erkenntnisse zeigen den Abtausch zwischen Sicherheit und Rate und illustrieren, wann mehr Anstrengungen unternommen werden müssen, um globale Sicherheit in Abhangigkeit von den Netzparametern zu erreichen. So ist insbesondere für zukünftige Kommunikationssysteme die beweisbar sichere Kommunikation von zentraler Bedeutung. Die informationstheoretische Sicherheit ist hierbei für die sichere Kommunikation von zentraler Bedeutung. Jamming Attacken sind schwere feindliche Angriffe auf das Kommunikationssystem. Digitales Computing besitzt für den Nachweis der notwendigen Sicherheitsperformance und der Resilience fundamentale Grenzen. Ein automatisierter Nachweis der geforderten Systemperformance ist auf der Basis von digitalen Computern nicht möglich. Andererseits können durch mathematische Beweise die Sicherheitsgarantien und die Resilience nachgewiesen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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On the achievable individual-secrecy rate region for broadcast channels with receiver side information. 2014 IEEE International Symposium on Information Theory (2014, 6), 26-30. IEEE.
Chen, Yanling; Koyluoglu, O. Ozan & Sezgin, Aydin
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Broadcasting Into the Uncertainty: Authentication and Confidentiality by Physical-Layer Processing. Proceedings of the IEEE, 103(10), 1702-1724.
Jorswieck, Eduard; Tomasin, Stefano & Sezgin, Aydin
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Fundamental limits of caching in D2D networks with secure delivery. 2015 IEEE International Conference on Communication Workshop (ICCW) (2015, 6), 464-469. IEEE.
Awan, Zohaib Hassan & Sezgin, Aydin
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On the individual secrecy for Gaussian broadcast channels with receiver side information. 2015 IEEE International Conference on Communication Workshop (ICCW) (2015, 6), 503-508. IEEE.
Chen, Yanling; Koyluoglu, O. Ozan & Sezgin, Aydin
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On the individual secrecy rate region for the broadcast channel with an external eavesdropper. 2015 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT) (2015, 6). IEEE.
Chen, Yanling; Koyluoglu, O. Ozan & Sezgin, Aydin
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On SDoF of Multi-Receiver Wiretap Channel With Alternating CSIT. IEEE Transactions on Information Forensics and Security, 11(8), 1780-1795.
Awan, Zohaib Hassan; Zaidi, Abdellatif & Sezgin, Aydin
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Individual Secrecy for Broadcast Channels With Receiver Side Information. IEEE Transactions on Information Theory, 63(7), 4687-4708.
Chen, Yanling; Koyluoglu, O. Ozan & Sezgin, Aydin
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Individual Secrecy for the Broadcast Channel. IEEE Transactions on Information Theory (2017), 1-1.
Chen, Yanling; Koyluoglu, O. Ozan & Sezgin, Aydin
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MISO Wiretap Channel with Strictly Causal CSI: A Topological Viewpoint. Information Theoretic Security and Privacy of Information Systems (2017, 6, 16), 181-199. Cambridge University Press.
Awan, Z. H. & Sezgin, A.
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On the Capacity Region of Deterministic Strong IC with Multicast and Secure Unicast Messages, 21th International ITG Workshop on Smart Antennas (WSA), Mar. 2017
Vogt, H.; Awan, Z. & Sezgin, A.
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A Proof of a Single-Letter Capacity Formula for MIMO Gauss-Markov Rayleigh Fading Channels. IEEE Transactions on Information Theory, 69(11), 6878-6896.
Ezzine, Rami; Wiese, Moritz; Deppe, Christian & Boche, Holger
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Identification Over Additive Noise Channels in the Presence of Feedback. IEEE Transactions on Information Theory, 69(11), 6811-6821.
Wiese, Moritz; Labidi, Wafa; Deppe, Christian & Boche, Holger
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The Multiple-Access Channel with Entangled Transmitters. GLOBECOM 2023 - 2023 IEEE Global Communications Conference, 7(2023, 12, 4), 3173-3178. IEEE.
Pereg, Uzi; Deppe, Christian & Boche, Holger
