25、基于物理原理的密钥交换系统分析与安全探讨

基于物理原理的密钥交换系统分析与安全探讨

在当今的信息安全领域，密钥交换系统的安全性至关重要。本文将深入探讨几种密钥交换系统，包括 KLJN 方案、BR 系统以及 Pao - Lo Liu 密钥交换系统，分析它们的工作原理、面临的攻击以及安全性保障。

1. KLJN 方案中的攻击与安全分析

• 基于时间相关性的分析 ：在 KLJN 方案中，利用行波稳态分布中的时间相关性是一种重要的分析手段。例如，Bob 的电阻会影响时间 t 时的右行波与其在时间 t + Δ 时的左行回波之间的相位和幅度相关性，其中 Δ 是从 Eve 到 Bob 再返回的传输时间。只有当电阻与线路末端完全阻抗匹配时，回波才会消失。后续会对这一问题进行详细分析，并证明 Eve 猜测的密钥与完全安全密钥之间的统计距离会随密钥长度呈指数级消失。
• 电流提取/注入的主动攻击
  • BR 提出的攻击方式 ：Eve 可以通过在其节点与地之间放置一个高电阻分流器，并监测流入其中的电流方向来尝试获取密钥。然而，在 KLJN 方案中，流入分流电阻的电流方向并不能提供任何信息，因为其源于零均值且围绕零呈完美对称的高斯噪声过程。
  • 更高效的攻击建议 ：有作者提出了一种更高效的攻击方式，即使用单独的噪声电流发生器代替分流电阻，并评估注入电流与注入两侧通道电流之间的互相关性。但这种攻击在 KLJN 方案的基础论文中被认为效率低下，因为 Eve 需要很长时间才能积累足够的统计数据来做出合理决策，而她只有在密钥交换过程结束前的短暂