KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권2호
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pp.524-539
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2014
To investigate schemes of secret key generation from Ultra-wideband (UWB) channel, we study a statistical characterization of UWB outdoor channel for a campus playground scenario based on extensive measurements. Moreover, an efficient secret key generation mechanism exploiting multipath relative delay is developed, and verification of this algorithm is conducted in UWB Line-of-sight (LOS) outdoor channels. For the first time, we compare key-mismatch probability of UWB indoor and outdoor environments. Simulation results demonstrate that the number of multipath proportionally affects key generation rate and key-mismatch probability. In comparison to the conventional method using received signal strength (RSS) as a common random source, our mechanism achieves better performance in terms of common secret bit generation. Simultaneously, security analysis indicates that the proposed scheme can still guarantee security even in the sparse outdoor physical environment free of many reflectors.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제14권7호
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pp.2919-2937
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2020
Post-Quantum Cryptography (PQC) is rapidly developing as a stable and reliable quantum-resistant form of cryptography, throughout the industry. Similarly to existing cryptography, however, it does not prevent a third-party from using the secret key when third party obtains the secret key by deception, unauthorized sharing, or unauthorized proxying. The most effective alternative to preventing such illegal use is the utilization of biometrics during the generation of the secret key. In this paper, we propose a biometric-based secret key generation scheme for multivariate quadratic signature schemes, such as Rainbow. This prevents the secret key from being used by an unauthorized third party through biometric recognition. It also generates a shorter secret key by applying Principal Component Analysis (PCA)-based Confidence Interval Analysis (CIA) as a feature extraction method. This scheme's optimized implementation performed well at high speeds.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권10호
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pp.3557-3571
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2014
We develop a secret key generation scheme using phase estimation in ultra-wideband (UWB) wireless fading channels. Based on the reciprocity theorem, two terminals extract the phase of the channel as a common random source to generate secret bits. Moreover, we study the secret key rate by a pair of nodes observing correlated sources and communicating to achieve secret key agreement over public communication channels. As our main results, we establish a more practical upper bound from Cramer-Rao bound (CRB) and compare it with a universally theoretical upper bound on the shared maximum key rate from mutual information of correlated random sources. Derivation and numerical examples are presented to demonstrate the bound. Simulation studies are also provided to validate feasibility and efficiency of the proposed scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권8호
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pp.4041-4059
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2019
Key establishment method based on channel reciprocity for time division duplex (TDD) system has earned a vital consideration in the majority of recent research. While most of the cellular systems rely on frequency division duplex (FDD) systems, especially the 5G network, which is not characterized by the channel reciprocity feature. This paper realizes the generation of a group secret key for multi-terminals communicated through a wireless network in FDD mode, by utilizing the nature of the physical layer for the wireless links between them. I consider a new group key generation approach, which using bitwise XOR with a modified pairwise secret key generation approach not based on the channel reciprocity feature. Precisely, this multi-node secret key agreement technique designed for three wireless network topologies: 1) the triangle topology, 2) the multi-terminal star topology, and 3) the multi-node chain topology. Three multi-node secret key agreement protocols suggest for these wireless communication topologies in FDD mode, respectively. I determine the upper bound for the generation rate of the secret key shared among multi-node, for the three multi-terminals topologies, and give numerical cases to expose the achievement of my offered technique.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제11권10호
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pp.5080-5097
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2017
Channel characteristics-based secret key generation is an effective physical-layer security method. The issues of how to remove the effect of random noise and to balance the key generation rate (KGR) and the bit mismatch rate (BMR) are needed to be addressed. In this paper, to reduce the effect of random noise and extract more secret bits, a new quantization scheme with high key generation rate and low bit mismatch rate is proposed. In our proposed scheme, we try to use all measurements and correct the differences caused by noise at the boundary regions instead of simply dropping them. We evaluate and discuss the improvements of our proposed scheme. The results show that our proposed scheme achieves lower bit mismatch rate as well as remaining high key generation rate.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제11권5호
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pp.2701-2722
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2017
Key generation is essential for protecting wireless networks. Based on wireless channel reciprocity, transceivers can generate shared secret keys by measuring their communicating channels. However, due to non-simultaneous measurements, asymmetric noises and other interferences, channel measurements collected by different transceivers are highly correlated but not identical and thus might have some discrepancies. Further, these discrepancies might lead to mismatches of bit sequences after quantization. The referred mismatches significantly affect the efficiency of key generation. In this paper, an efficient key generation scheme leveraging wireless channel reciprocity is proposed. To reduce the bit mismatch rate and enhance the efficiency of key generation, the involved transceivers separately apply discrete cosine transform (DCT) and inverse discrete cosine transform (IDCT) to pre-process their measurements. Then, the outputs of IDCT are quantified and encoded to establish the bit sequence. With the implementations of information reconciliation and privacy amplification, the shared secret key can be generated. Several experiments in real environments are conducted to evaluate the proposed scheme. During each experiment, the shared key is established from the received signal strength (RSS) of heterogeneous devices. The results of experiments demonstrate that the proposed scheme can efficiently generate shared secret keys between transceivers.
Shehadeh, Youssef El Hajj;Alfandi, Omar;Hogrefe, Dieter
Journal of Communications and Networks
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제14권4호
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pp.385-395
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2012
This paper tackles the problem of generating shared secret keys based on the physical characteristics of the wireless channel. We propose intelligent quantization mechanisms for key generation, achieving high secret bits generation rate. Moreover, some practical issues affecting the performance of the key generation mechanism are deeply investigated. Mainly, we investigate the effects of delay and mobility on the performance and we enhance the key generation mechanism accordingly. As a result, this paper presents a framework towards robust key generation from multipath wireless channels.
Industry 4.0 is continuous automation by applying the latest smart technologies to traditional manufacturing industries. It means that large-scale M2M (Machine-to-Machine) communication and IoT (Internet of Things) technologies are well integrated to build efficient production systems by analyzing and diagnosing various issues without human intervention. Edge computing is widely used for M2M services that handle real-time interactions between devices at industrial machinery tool sites. Here, secure data transmission is required while interacting. Thus, this paper focused on a method of creating and maintaining secret key and security tag used for message authentication between end-devices and edge-device.
비신뢰 기반 분산키 생성은 다수의 참여자가 개인키를 모르는 상태에서 개인키의 샤미르 비밀 공유를 공동 생성하는 프로토콜이다. 또한 이를 임계값 서명으로 확장할 경우 개인키를 복원하지 않고도 다수 참여자간의 암호 프로토콜을 통해서 디지털 서명을 생성할 수 있도록 한다. 본 연구는 활용성이 높은 (1,3) 샤미르 비밀 공유 구조에서 한 공유 값을 분실할 경우 동일한 개인키에 대한 전체 공유 값을 비신뢰 기반으로 재생성해서 공유 구조를 복구하는 프로토콜을 제안한다. 제안 프로토콜은 정확성과 기밀성 측면에서 분산키 생성과 동일한 보안 요건을 갖춘다. 블록체인 기반 가상자산 관리에 적용할 경우 안전한 개인키 관리와 서명 권한의 위임 및 불능화를 가능하게 한다.
기존의 디지털 워터마킹 기술은 대부분 삽입과 검출에서 동일한 키를 사용하는 대칭키 방식이다. 이러한 대칭키 워터마킹 방식은 검출을 쉽게 할 수 있는 반면에 공격자에 의하여 검출기의 비밀 키 정보가 유출될 경우 삽입 정보가 제거되거나 변조되는 치명적인 공격을 받을 수 있다. 따라서 최근에는 삽입기에서 삽입한 비밀 정보를 검출기에서 공개 키를 이용하여 검출하는 비대칭 워터마킹(Asymmetric watermarking)방식이 차세대 워터마킹 기술로 주목을 받고 있다. 본 논문에서는 선형 연립방정식의 해집합을 이용하여 개인 키의 탐색 공간을 효과적으로 확장하였다. 또한 공개 키로부터 개인 키를 유출할 수 없도록 하기 위하여 공개 키의 생성은 안전한 선형변환 방식에 기초하였으며 높은 상관도 검출이 가능하도록 구성되었다. 실험결과 워터마크가 삽입된 영상에서 1비트의 정보 뿐만 아니라, 멀티 비트의 정보에 대한 공개 키 상관도 검출이 정확히 이루어짐을 확인할 수 있었으며 JPEG압축 후에도 높은 상관도 검출이 가능한 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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