Кіріспе
Ақпарат теориясынан ғана туындайтын криптожүйенің қауіпсіздігі. Криптожүйе, егер ол шексіз есептеу ресурстары мен уақыты бар қарсыластарға қарсы қауіпсіз болса, ақпарат теориялық қауіпсіздікке (немесе шартсыз қауіпсіздікке) ие деп есептеледі. Ал криптоанализдің есептеу қиындығына қауіпсіздігі байланысты жүйе (демек, шексіз есептеу қуатымен бұзылуы мүмкін) есептеулік немесе шартты қауіпсіз деп аталады.
A cryptosystem is considered to have information theoretic security (also called unconditional security) if the system is secure against adversaries with unlimited computing resources and time. In contrast, a system which depends on the computational cost of cryptanalysis to be secure (and thus can be broken by an attack with unlimited computation) is called computationally, or conditionally, secure.
Шолу
Ақпараттық теориялық қауіпсіздікті қамтамасыз ететін шифрлау протоколын шексіз есептеу қуатымен де бұзу мүмкін емес. Ақпараттық теориялық тұрғыдан қауіпсіз деп дәлелденген протоколдар есептеу техникасының болашақ дамуына төзімді. Ақпараттық теориялық қауіпсіз байланыс тұжырымын 1949 жылы американдық математик Клод Шеннон, классикалық ақпарат теориясының негізін қалаушылардың бірі, бір реттік блокнот жүйесінің қауіпсіздігін дәлелдеу үшін енгізді. Ақпараттық теориялық қауіпсіз криптожүйелер ең құпия үкіметтік байланыстарда қолданылады, мысалы, дипломатиялық хабарламалар мен жоғары деңгейдегі әскери байланыстарда. Ақпараттық теориялық қауіпсіздік маңызды және пайдалы талап болып табылатын түрлі криптографиялық міндеттер бар. Олардың кейбіреулері: Шамир схемасы сияқты құпияны бөлісу схемалары ақпараттық теориялық (және толық) қауіпсіздікке ие, себебі құпияның қажетті санынан кем үлестерге ие болу құпия туралы ешқандай ақпаратты бермейді. Көп тарапты есептеу протоколдарының көпшілігі ақпараттық теориялық қауіпсіздікке ие. Жеке ақпаратты алу бірнеше дерекқорлармен пайдаланушы сұранысы үшін ақпараттық теориялық құпиялылықпен жүзеге асырылуы мүмкін. Криптографиялық примитивтер немесе міндеттер арасындағы азайтулар көбінесе ақпараттық теориялық тұрғыдан жүзеге асырылады. Мұндай азайтулар теориялық тұрғыдан маңызды, өйткені олар примитивті іске асыруға болады егер примитив іске асырылса екенін көрсетеді. Симметриялық шифрлау энтропиялық қауіпсіздік деп аталатын қауіпсіздіктің ақпараттық теориялық түсінігінде құрылуы мүмкін, ол қарсылас жіберілетін хабарлама туралы дерлік ештеңе білмейді деп есептейді. Мұндағы мақсат – мәтіннің барлық функцияларын, оның барлық ақпаратын емес, жасыру. Ақпараттық теориялық криптография кванттық қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.
Secret sharing schemes such as Shamir's are information theoretically secure (and also perfectly secure) in that having less than the requisite number of shares of the secret provides no information about the secret. More generally, secure multiparty computation protocols often have information theoretic security. Private information retrieval with multiple databases can be achieved with information theoretic privacy for the user's query. Reductions between cryptographic primitives or tasks can often be achieved information theoretically. Such reductions are important from a theoretical perspective because they establish that primitive can be realized if primitive can be realized. Symmetric encryption can be constructed under an information theoretic notion of security called entropic security, which assumes that the adversary knows almost nothing about the message being sent. The goal here is to hide all functions of the plaintext rather than all information about it. Information theoretic cryptography is quantum safe.
Техникалық шектеулер
Есептеу немесе шартты түрде қауіпсіз алгоритмдер (яғни, олар ақпараттық теориялық тұрғыдан қауіпсіз емес) ресурстар шектеріне тәуелді. Мысалы, RSA үлкен сандарды есепке келтірудің қиын екеніне негізделген. Аарон Д. Вайнер анықтаған қауіпсіздіктің нашар түсінігі физикалық қабатты шифрлау деп аталатын зерттеу саласын дамытты. Ол физикалық сымсыз арнаны байланыс, сигналды өңдеу және кодтау техникалары арқылы қауіпсіздік үшін пайдаланады. Қауіпсіздік дәлелдеуге болады, бұзу мүмкін емес және сандық түрде өлшенеді (бит/секунд/герц). 1970 жылдары Вайнердің физикалық қабатты шифрлау жөніндегі алғашқы жұмысы Алиса–Боб–Ева мәселесін қойды, онда Алиса Еваның оны оқуына жол бермей, Бобқа хабар жібергісі келеді. Егер Алисадан Бобға арна, Алисадан Еваға арнаға қарағанда статистикалық жағынан жақсы болса, онда қауіпсіз байланыс мүмкін екені көрсетілген. Бұл интуитивті, бірақ Вайнер құпиялылықты ақпараттық теориялық тұрғыдан өлшеді, құпиялылық сыйымдылығын анықтады, ол негізінен Алисаның Бобқа құпия ақпаратты тарату жылдамдығы болып табылады. Көп ұзамай Имре Чисар және Кёрнер Еваның Алисаға Бобқа қарағанда статистикалық жағынан жақсы арнасы болған жағдайда да құпия байланыс мүмкін екенін көрсетті. Құпия хабарламаларды заңды алушыға (шифрлау кілтін пайдаланбай) қауіпсіз жеткізуге арналған ақпараттық теориялық тәсілдің негізгі идеясы физикалық ортаның ішкі кездейсоқтығын (шуды және жоғалуға байланысты арнаның құбылуын) пайдалану және заңды алушыға арна мен тыңдаушыға арна арасындағы айырмашылықты пайдалану болып табылады. Жақындағы теориялық нәтижелер құпиялылық сыйымдылығын және тарату жоғалту арналарындағы оптималды қуатты бөлуді анықтаумен байланысты. Кейбір ескертулер бар, өйткені көптеген сыйымдылықтар Алиса Еваға арнаны біледі деген болжам жасалмаса есептелмейді. Егер бұл белгілі болса, Алиса Ева бағытында нөлдік аймақ орната алады. MIMO және бірнеше тыңдаушылардың құпиялылық сыйымдылығы жақында зерттелген және осы нәтижелер әлі де тыңдаушы арнасының күйі туралы пайдалы емес болжамдарға сүйенеді. Басқа жұмыстар іске асырылатын схемаларды салыстыруға тырысып, теориялық емес. Физикалық қабатты шифрлаудың бір жолы – Бобтың арнасынан басқа барлық бағытта жасанды шуды тарату, бұл негізінен Еваға кедергі келтіреді. Неги мен Гоелдің мақаласында оның іске асырылуы егжей-тегжейлі сипатталған, ал Хисти мен Ворнелл тек Еваның арнасы туралы статистика белгілі болған кезде құпиялылық сыйымдылығын есептеді. Ақпараттық теориялық қауымдастықтағы осы жұмыстарға параллель түрде антенналық қауымдастықтағы жұмыс бар, ол жақын өріс тікелей антенна модуляциясы немесе бағыттық модуляция деп аталады. Паразиттік массивті пайдалану арқылы әр түрлі бағыттағы жіберілетін модуляцияны тәуелсіз басқаруға болатыны көрсетілді. Құпиялылықты қажетсіз бағыттағы модуляцияны оқуды қиындату арқылы жүзеге асыруға болады. Бағыттық модуляция деректерін беру эксперименттік түрде фазалық массивті пайдалану арқылы көрсетілді. Басқалары ауыстырылған массивтермен және фазалық конъюгациялық линзалармен бағыттық модуляцияны көрсетті. Бағыттық модуляцияның бұл түрі Неги мен Гоелдің аддитивті жасанды шуды шифрлау схемасының бөлігі болып табылады. Алиса үшін қайта конфигурацияланатын тарату антенналарын пайдаланатын басқа схема қайта конфигурацияланатын мультипликативті шу (RMN) деп аталады. Бұл екеуі де Алиса мен Бобтың тыңдаушылар туралы ештеңе білмейтін арналық симуляцияларда жақсы жұмыс істейді.
Құпия кілт туралы келісім
Алдыңғы бөлімде айтылған әртүрлі жұмыстар теориялық тұрғыдан қауіпсіз хабарламаларды тарату үшін сымсыз каналдағы кездейсоқтықты әртүрлі тәсілдермен пайдаланады. Керісінше, құпия кілт түріндегі кездейсоқтықтан қанша құпия ақпарат алуға болатынын талдауға болады. Міне, осы мақсатта құпия кілт келісімі қолданылады. Маурер, Ахлсведе және Чисар бастаған зерттеулердегі негізгі жүйелік модель байланыс схемаларына ешқандай шектеу қоймайды және заңды пайдаланушылар екі бағытта, ашық, шусыз және расталған канал арқылы тегін байланыса алады деп есептейді. Бұл модель кейіннен көптеген пайдаланушыларды және шулы каналды ескеру үшін кеңейтілді.