Sicherheit auf der Übertragungsschicht für Kanäle mit Zuständen und aktiven Angreifern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In den derzeitigen Kommunikationssystemen gibt es normalerweise eine architektonische Trennung zwischen Fehlerkorrektur und Datenverschlüsselung. Erstere wird in der Regel auf der physikalischen Schicht realisiert, indem der verrauschte Kommunikationskanal in eine zuverlässige "Bit-Pipe" umgewandelt wird. Die Datenverschlüsselung wird darüber hinaus durch Anwendung kryptographischer Prinzipien implementiert. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist, dass er auf der Annahme unzureichender Rechenkapazitäten von nicht legitimierten Empfängern beruht, was zu einer so genannten bedingten Sicherheit führt. Im Rahmen der Post-Quantum-Sicherheit werden informationstheoretische Sicherheitsansätze als Ergänzung zu solchen kryptographischen Techniken intensiv diskutiert. Solche Ansätze sorgen gemeinsam für eine zuverlässige Kommunikation und die Vertraulichkeit der Daten auf der physikalischen Ebene, indem die Eigenschaften des verrauschten Kanals berücksichtigt werden. Dieser Ansatz wurde von Betreibern und nationalen Behörden als Schlüsseltechnik zur Sicherung künftiger Kommunikationssysteme erkannt und wird derzeit für 6G diskutiert. In praktischen Systemen wird die Kanalzustandsinformation (CSI) aufgrund der Beschaffenheit des drahtlosen Kanals und der Ungenauigkeit der Schätzung/Rückmeldung immer begrenzt sein. Um drahtlose Systeme zu entwerfen, die gegen naturbedingte Störungen (Fading, Rauschen usw.) und gegen böswillige Angriffe resistent sind, ist das richtige systemtheoretische Modell der Compound Channel (CC) bzw. der Arbitrarily Varying Channel (AVC). In diesem Projekt haben wir daran gearbeitet, die grundlegenden Eigenschaften von Compound Wiretap Channels (CWCs) und Arbitrarily Varying Wiretap Channels (AVWCs) mit aktiven Abhörern, die die Kanalzustände freiwillig beeinflussen, zu verstehen. Für den Systementwurf ist es wichtig, Beschränkungen sowohl für die Sende- als auch für die Angreiferknoten zu berücksichtigen, um deren Möglichkeiten korrekt zu modellieren. Wir untersuchen das AVWC mit nicht-kausaler Seiteninformation beim Störsender für den Fall, dass es einen besten Kanal zum Abhörer gibt. Nicht-kausale Seiteninformation bedeutet, dass das übertragene Codewort einem aktiven Gegner bekannt ist, bevor es übertragen wird. Es wird eine Single-Letter-Formel für die Common Randomness (CR)-unterstützte Geheimhaltungskapazität abgeleitet. Zusätzlich stellen wir eine Formel für die CR-unterstützte Geheimhaltungskapazität für die Fälle bereit, in denen der Kanal zum Abhörer stark verschlechtert, stark verrauscht oder im Vergleich zum Hauptkanal deutlich weniger leistungsfähig ist. Darüber hinaus vergleichen wir unsere Ergebnisse mit der CR-unterstützten Geheimhaltungskapazität für die Fälle des maximalen Fehlerkriteriums, aber ohne nicht-kausale Nebeninformation beim Störer (blinder Gegner), des maximalen Fehlerkriteriums mit nicht-kausaler Nebeninformation der Nachrichten beim Störer (halbblinder Gegner) und des durchschnittlichen Fehlerkriteriums ohne nicht-kausale Nebeninformation beim Störer (blinder Gegner).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Copulas and Multi-User Channel Orders. ICC 2019 - 2019 IEEE International Conference on Communications (ICC), 1-6. IEEE.
Lin, Pin-Hsun; Jorswieck, Eduard A.; Schaefer, Rafael F.; Janda, Carsten R. & Mittelbach, Martin
-
Message Transmission Over Classical Quantum Channels With a Jammer With Side Information: Message Transmission Capacity and Resources. IEEE Transactions on Information Theory, 65(5), 2922-2943.
Boche, Holger; Cai, Minglai & Cai, Ning
-
Arbitrarily Varying Wiretap Channels with and without Non-Causal Side Information at the Jammer. 2020 IEEE Conference on Communications and Network Security (CNS), 1-6. IEEE.
Janda, Carsten Rudolf; Jorswieck, Eduard A.; Wiese, Moritz & Boche, Holger
-
Arbitrarily Varying Wiretap Channels with Non-Causal Side Information at the Jammer. 2020 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), 938-943. IEEE.
Janda, Carsten Rudolf; Jorswieck, Eduard A.; Wiese, Moritz & Boche, Holger
-
Message transmission over classical quantum channels with a jammer with side information: Correlation as resource, common randomness generation. Journal of Mathematical Physics, 61(6).
Boche, Holger; Cai, Minglai & Cai, Ning
-
New Capacity Results for Fading Gaussian Multiuser Channels With Statistical CSIT. IEEE Transactions on Communications, 68(11), 6761-6774.
Lin, Pin-Hsun; Jorswieck, Eduard A.; Schaefer, Rafael F.; Mittelbach, Martin & Janda, Carsten R.
-
Semantic Security via Seeded Modular Coding Schemes and Ramanujan Graphs. IEEE Transactions on Information Theory, 67(1), 52-80.
Wiese, Moritz & Boche, Holger
-
Mosaics of combinatorial designs for information-theoretic security. Designs, Codes and Cryptography, 90(3), 593-632.
Wiese, Moritz & Boche, Holger
-
Arbitrarily Varying Wiretap Channels With Non-Causal Side Information at the Jammer. IEEE Transactions on Information Theory, 69(4), 2635-2663.
Janda, Carsten Rudolf; Wiese, Moritz; Jorswieck, Eduard Axel & Boche, Holger
-
ε-Almost collision-flat universal hash functions and mosaics of designs. Designs, Codes and Cryptography, 92(4), 975-998.
Wiese, Moritz & Boche, Holger
