정보 이론적 보안

암호 체계는 무한한 컴퓨팅 자원과 시간을 가진 적에 대해 안전할 경우 정보 이론적 보안(information-theoretic security) 또는 정보 이론적 보안성, 무조건적 보안(unconditional security)을 갖는 것으로 간주된다. 대조적으로, 보안을 위해 암호 해독의 계산 비용에 의존하는 시스템(따라서 무제한 계산 공격으로 해독될 수 있는 시스템)은 계산적으로 안전하거나 조건부로 안전하다고 불린다.

 개요 

정보 이론적 보안을 갖춘 암호화 프로토콜은 무한한 계산 능력으로도 해독할 수 없다. 정보 이론적으로 안전하다고 입증된 프로토콜은 미래 컴퓨팅 발전에도 견고하다. 정보 이론적으로 안전한 통신 개념은 1949년 고전 정보 이론의 창시자 중 한 명인 미국 수학자 클로드 섀넌이 원 타임 패드 시스템이 안전하다는 것을 증명하기 위해 도입했다. 정보 이론적으로 안전한 암호 체계는 외교 전문 및 고위 군사 통신과 같은 가장 민감한 정부 통신에 사용되었다.

정보 이론적 보안이 의미 있고 유용한 요구 사항인 다양한 암호화 작업이 있다. 이 중 몇 가지는 다음과 같다.
 샤미르와 같은 비밀 공유 스킴은 비밀의 필수 공유 수보다 적은 수의 공유를 가지고 있을 때 비밀에 대한 어떠한 정보도 제공하지 않는다는 점에서 정보 이론적으로 안전하다(또한 완벽하게 안전하다).
 더 일반적으로, 보안 다자간 계산 프로토콜은 종종 정보 이론적 보안을 갖는다.
 여러 데이터베이스를 이용한 사설 정보 검색은 사용자 질의에 대해 정보 이론적 프라이버시를 통해 달성할 수 있다.
 암호화 기본 요소 또는 작업 간의 환산은 종종 정보 이론적으로 달성될 수 있다. 이러한 환산은 기본 요소 가 실현될 수 있다면 기본 요소 도 실현될 수 있음을 확립하므로 이론적 관점에서 중요하다.
 대칭키 암호는 공격자가 전송되는 메시지에 대해 거의 아무것도 모른다고 가정하는 엔트로피 보안이라는 정보 이론적 보안 개념 하에 구성될 수 있다. 여기서 목표는 평문의 모든 정보가 아니라 평문의 모든 함수를 숨기는 것이다.
 정보 이론적 암호화는 양자 보안이다.

 물리 계층 암호화 
 기술적 한계 
계산적으로 또는 조건부로 안전한(즉, 정보 이론적으로 안전하지 않은) 알고리즘은 자원 제한에 의존한다. 예를 들어, RSA는 큰 숫자를 인수분해하는 것이 어렵다는 주장에 의존한다.

애런 와이너가 정의한 더 약한 보안 개념은 현재 물리 계층 암호화로 알려진 연구 분야를 확립했다. 이는 통신, 신호 처리 및 코딩 기술을 통해 보안을 위해 물리적 무선 통신 채널을 활용한다. 보안은 증명 가능하고, 깨지지 않으며, 정량화할 수 있다(비트/초/헤르츠 단위).

와이너의 1970년대 초기 물리 계층 암호화 작업은 앨리스가 이브가 해독하지 못하게 밥에게 메시지를 보내고자 하는 앨리스-밥-이브 문제를 제시했다. 앨리스에서 밥으로 가는 채널이 앨리스에서 이브로 가는 채널보다 통계적으로 더 좋으면 안전한 통신이 가능하다는 것이 입증되었다. 이는 직관적이지만, 와이너는 정보 이론적 용어로 보안 용량을 정의하여 보안을 측정했으며, 이는 앨리스가 밥에게 비밀 정보를 전송할 수 있는 속도를 본질적으로 의미한다. 곧이어 임레 치자르와 쾨르너는 이브가 밥보다 앨리스에게 통계적으로 더 좋은 채널을 가지고 있더라도 비밀 통신이 가능하다는 것을 보여주었다.
합법적인 수신자에게 기밀 메시지를 안전하게 전송하기 위한 정보 이론적 접근 방식의 기본 아이디어는 물리적 매체의 내재된 무작위성(노이즈 및 페이딩으로 인한 채널 변동 포함)을 사용하고, 합법적인 수신자 채널과 도청자 채널 간의 차이를 활용하여 합법적인 수신자에게 이점을 제공하는 것이다.
최근의 이론적 결과는 방송 페이딩 채널에서 보안 용량과 최적 전력 할당을 결정하는 것과 관련이 있다.
앨리스가 이브로 가는 채널을 안다고 가정하지 않으면 많은 용량을 계산할 수 없다는 주의사항이 있다. 만약 그것이 알려져 있다면, 앨리스는 단순히 이브의 방향에 널을 배치할 수 있었다. MIMO 및 여러 공모하는 도청자를 위한 보안 용량은 더 최근의 진행 중인 작업이며, 이러한 결과는 도청자 채널 상태 정보 지식에 대한 비실용적인 가정을 여전히 하고 있다.

여전히 다른 작업은 구현 가능한 스킴을 비교하려는 시도로 덜 이론적이다. 한 물리 계층 암호화 스킴은 밥의 채널을 제외한 모든 방향으로 인공 노이즈를 방송하여 이브를 기본적으로 방해하는 것이다. 네기(Negi)와 고엘(Goel)의 한 논문은 그 구현을 자세히 설명하고 있으며, 키스티(Khisti)와 워넬(Wornell)은 이브의 채널에 대한 통계만 알려져 있을 때 보안 용량을 계산했다.

정보 이론 커뮤니티의 작업과 병행하여, 안테나 커뮤니티에서는 근거리 직접 안테나 변조 또는 방향성 변조라고 불리는 작업이 진행되었다.
기생 배열을 사용하여 다른 방향으로 전송되는 변조를 독립적으로 제어할 수 있음이 입증되었다.
원치 않는 방향의 변조를 해독하기 어렵게 만듦으로써 보안을 실현할 수 있었다. 방향성 변조 데이터 전송은 위상배열을 사용하여 실험적으로 시연되었다.
다른 사람들은 스위치드 배열 및 위상 공액 렌즈를 사용하여 방향성 변조를 시연했다.

이러한 유형의 방향성 변조는 실제로 네기(Negi)와 고엘(Goel)의 가산 인공 잡음 암호화 방식의 하위 집합이다. 재구성 가능한 다중 잡음 (RMN)이라고 불리는 앨리스를 위한 패턴 재구성 가능 송신 안테나를 사용하는 또 다른 방식은 가산 인공 잡음을 보완한다.
두 가지는 도청자에 대해 앨리스나 밥에게 알려진 것이 아무것도 없다고 가정하는 채널 시뮬레이션에서 잘 작동한다.

 비밀 키 합의 
이전 부분에서 언급된 다양한 연구는 무선 채널에 존재하는 무작위성을 어떤 식으로든 활용하여 정보 이론적으로 안전한 메시지를 전송한다.
반대로, 우리는 무작위성 자체로부터 비밀 키 형태로 얼마나 많은 비밀을 추출할 수 있는지 분석할 수 있다.
이것이 비밀 키 합의의 목표이다.

모러(Maurer)가 시작하고 아흘스베데(Ahlswede)와 치자르(Csiszár)가 이어서 진행한 이 연구 분야에서 기본 시스템 모델은 통신 방식에 대한 모든 제약을 제거하고 합법적인 사용자가 양방향, 공개, 잡음 없는, 인증된 채널을 무료로 통신할 수 있다고 가정한다. 이 모델은 이후 여러 사용자 및 잡음 채널 등을 포함하도록 확장되었다.

 같이 보기 

 잔여 해시 보조정리 (프라이버시 증폭)
 의미론적 보안

 각주 

분류:암호화 이론