基于细粒度极化的隐蔽密钥分发方案

摘要：

针对现有密钥分发协议在水声信道环境下的信息泄露问题,提出了一种基于细粒度极化的隐蔽密钥分发(Covert Secret-key distribution based on Fine-grained Polarization,CSFP)方案.首先,采用一致最大功效检验方法建立敌手模型,并给出隐蔽密钥分发方案的形式化定义.考虑到水声信道的非对称性和衰落效应,根据注水原理推导出信息传输速率达到香农极限时最优码字符号分布对应的带宽以及信道容量,并利用莱布尼兹积分法则和黎曼积分的保号性推导出信道容量与信道增益的函数关系,通过计算水声信道增益对极化子信道的容量进行排序实现极化码的码字构造,确保信息传输速率达到香农极限.其次,对信息比特索引集合进行细粒度极化,采用链式结构将多个消息块依次链接实现信息比特索引序列的对齐,设计出多轮通信下隐蔽密钥分发的编码和解码算法,利用合法发送方和接收方共享的随机种子对首轮传输的消息块进行初始化,并从当前生成的密钥中提取出随机种子对后续消息块进行随机化,确保密钥分发过程的隐蔽性.最后,通过信息理论证明了CSFP方案的可靠性、随机性、保密性和隐蔽性,利用最大熵原理推导出水声信道环境下隐蔽性约束的可达性条件和隐蔽密钥生成速率.仿真结果表明,与现有方案相比,CSFP方案的隐蔽密钥生成速率平均提高了18.78％,隐蔽概率平均提高了38.29％.此外,CSFP方案生成的密钥成功通过了SP 800-22测试平台的随机性检测.

关键词：水声信道、信息泄露、细粒度极化、信道增益、隐蔽密钥分发

所属期刊栏目：46

分类号：TP309(计算技术、计算机技术)

资助基金：国家自然科学基金;中国博士后科学基金

在线出版日期：2023-02-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：147-162