1. コミュニケーションモデルと歴史的背景

6G 無線通信では、以前の通信モデルと同様に、セキュリティに影響を与える主な要因は、チャネル品質と、受信者の正確性とセキュリティを確保する盗聴者の能力です。抽象的な通信モデルは次のとおりです。

1949 年にシャノンによって提案された信号システムはノイズがなく、実用化の価値は低いですが、1975 年にウィンによって初めてノイズが導入されました。その後、安全な通信は主に 2 つの方向に沿って発展していきます。1 つは鍵生成モデル、もう 1 つは盗聴チャネルモデルです。このうち、盗聴チャネルモデルには主に 2 つの側面があります。1 つは、エクストラクターベースのモデルと IO ベースのモデル (2022 年の新しい分野) を含むモジュラーアプローチです。2 つ目は、 LDPC ベースのコーディング、ポーラーコードベース、および格子ベースのコーディングを含むコーディングベースのスキームです(現在、セマンティックセキュリティを達成することが証明されているスキーム)。

2. 安全インジケーターと完璧なコミュニケーション

完璧なコミュニケーションを育むには、主に 2 つの側面があります。1 つ目は情報理論とコーディングで、主に弱いセキュリティ、強いセキュリティ、差別化されたセキュリティに基づく意味セキュリティ、情報理論セキュリティ、計算セキュリティが含まれ、最後の 2 つは近年開発されたばかりのセキュリティ分析です。2 つ目は最新の暗号化で、主に意味論的セキュリティと区別不能性に基づく計算セキュリティが含まれます。上記のセキュリティを要約すると、理論の下に該当する論文があり、フローチャートは次のとおりです。

次の図に示すように、アリスはメッセージ M を送信し、エンコーダーを通じて X を形成します。このとき、X はイブによって盗聴される可能性があり、受信者はデコーダーを通じて M' を形成し、ボブによって受信されます。

完璧なコミュニケーションには 2 つの理解があります。1 つは、次のように、メッセージ M とメッセージ X の間の相互情報量が 0 であることです。

$I(M;X)=0$

もう 1 つは、次のように、X によってプッシュされたメッセージ M の条件付きエントロピーが M 自体のエントロピーに等しいことを知ることです。

$H(M|X)=H(M)$

シャノン円は、次のように、キーのエントロピーがメッセージのエントロピー以上である必要があることを示しています。

$H(K)\geq H(M)$

3. 盗聴チャネルモデルとセキュリティ分析

まず、次のように盗聴チャネルモデルを構築します。

上図の M、X、Y、Z はすべて k の関数とみなすことができ、安全な通信を実現するには、盗聴チャネル ChE のノイズが受信チャネル ChB よりも多くなければならないため、弱いセキュリティが得られます。次のように：

$\lim_{k\to \infty}\frac{I(M|Z)}{|M|}=0\quad 均一\,M$

強力なセキュリティは次のように定義されます。

$\lim_{k\to\infty}I(M;Z)=0\quad 均一\,M$

最終的な相互情報セキュリティには、次のように定義される統一メッセージ M は必要ありません。

$max_{P_M}I(M;Z)=negl$

セマンティックセキュリティを説明する前に、次のような非常に興味深い図を見てみましょう。

これから、セマンティックセキュリティの定義は次のように得られます。

$Z_b$ 盗聴側に代わって受信したメッセージを使用して、差別化されたセキュリティを次のように定義できます。

$max_{A,M_0,M_1}Pr[A(M_0,M_1,Z_b)=b]=\frac{1}{2}+negl$

上記のセキュリティを強いものから弱いものまでまとめると、次のフローチャートが作成できます。

上の図で、DS は差別化セキュリティを表し、SS はセマンティックセキュリティを表し、MIS-R はランダム MIS を表します。

4. モジュールベースのセキュリティソリューション

アリスは b ビットのメッセージ M を送信し、セキュリティモジュールを通過して k ビットの暗号文 C を形成し、次に ECC を通過して n ビットの X を形成し、その後 2 方向に流れます。1 つの方向は、通常のチャネル ChR を介して Y を形成し、反転後 $ECC^{-1}$ 、セキュリティモジュールを介してメッセージ M に復元し、ボブがそれを受信できるようにすることです。第 2 の方向は、盗聴チャネル ChE を通じて n ビットの Z を生成し、最終的に何らかの操作により盗聴側で M' を生成する方向です。上記のプロセスをフローチャートにすると、次のようになります。