توافق كليد امن مبتني بر مكان‌يابي نسبي بر پايه تئوري اطلاعات

اشتراك‌گذاري كليد امن يك پيش‌نياز ضروري در رمزنگاري كليد متقارن است و يكي از راه‌هاي اشتراك آن، توافق بر كليدي امن مي‌باشد. در اين مقاله، به بررسي توافق كليد بر پايه نظريه اطلاعات با مدل منبع، مبتني بر فاصله بين گره‌هاي مجاز مي‌پردازيم. توافق كليد امن بر پايه نظريه اطلاعات، بر خلاف مدل‌هاي مبتني بر پيچيدگي محاسباتي، امنيت كامل را تضمين مي‌كند، يعني هيچ اطلاعات مؤثري به شنودگر نمي‌رسد. مدل مورد بررسي در اين مقاله، سامانه پايه‌اي شامل دو كاربر مجاز و يك شنودگر است. گره‌هاي مجاز تلاش مي‌كنند تا با استفاده از مشاهدات (همراه با خطاي) خود از فاصله‌شان، بر كليدي امن و قابل اطمينان توافق كنند. شنودگر نيز مشاهداتي از اين فاصله دارد. از آن‌جا كه فاصله بين گره‌ها تحت كنترل هيچ يك از آن‌ها نيست، مدل توافق كليد، مدل منبع است. ابتدا تخمين فاصله توسط گره‌ها را مدل‌سازي مي‌كنيم تا بتوان عملكرد سامانه (كران‌هاي ظرفيت كليد امن) را بررسي كرد. خطاي تخمين فاصله با يك فرآيند گوسي با ميانگين صفر و واريانسي برابر كران كرامررائو مدل مي‌شود. دو روش را براي بهبود عملكرد سامانه پيشنهاد مي‌دهيم: 1) گسيل نويز مصنوعي، 2) ارسال سيگنال در جهت‌هاي مختلف (ارسال چند آنتني). در روش اول نويز مصنوعي براي خراب كردن تخمين شنودگر از فاصله استفاده مي‌شود و در روش دوم سيگنال‌هاي راهنما در جهت‌هاي تصادفي مختلف ارسال مي‌گردند و فاصله‌هاي مجازي، كه معادل فاصله‌اي است كه سيگنال راهنما طي كرده، به عنوان منابع تصادفي براي توليد كليد استفاده مي‌شوند. ما نشان مي‌دهيم كه اگر شنودگر مجهز به آرايه آنتن نباشد، آن‌گاه استفاده از گسيل نويز مصنوعي روش مفيدي است و اگر شنودگر مجهز به آرايه آنتن باشد، روش گسيل نويز مصنوعي اطلاعات بيشتري به شنودگر نشت مي‌دهد، در نتيجه روش مؤثري در اين شرايط نيست. هنگامي كه گره‌ها مجهز به آرايه آنتن هستند، ارسال در جهت‌هاي تصادفي مختلف روش مناسبي براي افزايش نرخ كليد امن مي‌باشد، چراكه شنودگر اطلاعات كمي در مورد فاصله‌هاي مجازي به‌دست‌ مي‌آورد و اغلب مشاهدات گره‌هاي مجاز و شنودگر مستقل از يكديگر هستند.