8、基于提取器的噪声信道密钥分发协议优化

基于提取器的噪声信道密钥分发协议优化

1 引言

随着量子计算机和超级快速多处理器传统计算机设计的进步，一些概念上安全的密码系统受到了威胁。因此，香农提出的完美一次性密码本加密法备受关注。然而，使用完美密码需要密钥长度与消息长度成正比，这一缺陷可以通过在防窃听的通信信道上进行密钥分发来解决。

为了消除（或至少控制）密钥窃听，有以下几种方法：
- 量子密码学
- 基于无线电波信道波动的方法
- 利用Wyner的窃听信道概念
- 通过对最初在噪声信道上分发的随机字符串进行哈希处理来生成密钥
- 基于安全草图和模糊提取器技术的扩展来生成密钥

本文采用了后两种方法。在主动敌手存在的情况下，Maurer和Wolf取得了最先进的成果，他们提出了几种密钥分发协议，并对给定密钥安全级别的渐近和非渐近密钥率进行了性能比较。

本文所提出的密钥分发协议（KDP）的主要特点是其精确的可构造性，即不使用不确定符号（如O、Ω、Θ）来找到最优参数并估计效率，且不一定是渐近的。为了简化问题，我们将考虑范围限制在以下条件：
- 只有当合法用户能够在噪声信道上获得最初分发的二进制独立同分布字符串时，才进行密钥分发，窃听者也能在噪声信道上截获这些字符串，但参数不同。
- 公共讨论（用于协调合法用户之间的密钥）在有主动敌手存在的无噪声信道上进行。
- 密钥认证应非交互地进行，允许在两个以上的合法用户之间共享秘密密钥。

本文的贡献如下：
1. 考虑了一种改进的和一种新的基于提取器的KDP，与以往的协议不同，提取器的种子不是通过公共讨论信道传输，而是由最初分发的字符串形成。
2. 选择密钥率（定