توافق کلید امن مبتنی بر مکان یابی نسبی بر پایه تئوری اطلاعات

اشتراک گذاری کلید امن یک پیش نیاز ضروری در رمزنگاری کلید متقارن است و یکی از راه های اشتراک آن، توافق بر کلیدی امن می باشد. در این مقاله، به بررسی توافق کلید بر پایه نظریه اطلاعات با مدل منبع، مبتنی بر فاصله بین گره های مجاز می پردازیم. توافق کلید امن بر پایه نظریه اطلاعات، بر خلاف مدل های مبتنی بر پیچیدگی محاسباتی، امنیت کامل را تضمین می کند، یعنی هیچ اطلاعات موثری به شنودگر نمی رسد. مدل مورد بررسی در این مقاله، سامانه پایه ای شامل دو کاربر مجاز و یک شنودگر است. گره های مجاز تلاش می کنند تا با استفاده از مشاهدات (همراه با خطای) خود از فاصله شان، بر کلیدی امن و قابل اطمینان توافق کنند. شنودگر نیز مشاهداتی از این فاصله دارد. از آن جا که فاصله بین گره ها تحت کنترل هیچ یک از آن ها نیست، مدل توافق کلید، مدل منبع است. ابتدا تخمین فاصله توسط گره ها را مدل سازی می کنیم تا بتوان عملکرد سامانه (کران های ظرفیت کلید امن) را بررسی کرد. خطای تخمین فاصله با یک فرآیند گوسی با میانگین صفر و واریانسی برابر کران کرامر-رایو مدل می شود. دو روش را برای بهبود عملکرد سامانه پیشنهاد می دهیم: 1) گسیل نویز مصنوعی، 2) ارسال سیگنال در جهت های مختلف (ارسال چند آنتنی). در روش اول نویز مصنوعی برای خراب کردن تخمین شنودگر از فاصله استفاده می شود و در روش دوم سیگنال های راهنما در جهت های تصادفی مختلف ارسال می گردند و فاصله های مجازی، که معادل فاصله ای است که سیگنال راهنما طی کرده، به عنوان منابع تصادفی برای تولید کلید استفاده می شوند. ما نشان می دهیم که اگر شنودگر مجهز به آرایه آنتن نباشد، آن گاه استفاده از گسیل نویز مصنوعی روش مفیدی است و اگر شنودگر مجهز به آرایه آنتن باشد، روش گسیل نویز مصنوعی اطلاعات بیشتری به شنودگر نشت می دهد، در نتیجه روش موثری در این شرایط نیست. هنگامی که گره ها مجهز به آرایه آنتن هستند، ارسال در جهت های تصادفی مختلف روش مناسبی برای افزایش نرخ کلید امن می باشد، چراکه شنودگر اطلاعات کمی در مورد فاصله های مجازی به دست می آورد و اغلب مشاهدات گره های مجاز و شنودگر مستقل از یکدیگر هستند.