Most of the security services in the connected world of cyber-physical systems necessitate authenticating a large number of nodes privately. In this paper, the private authentication problem is considered which consists of a certificate authority, a verifier (or some verifiers), many legitimate users (provers), and an arbitrary number of attackers. Each legitimate user wants to be authenticated (using his personal key) by the verifier(s), while simultaneously staying completely anonymous (even to the verifier). On the other hand, an attacker must fail to be authenticated. We analyze this problem from an information-theoretical perspective and propose a general interactive information-theoretic model for the problem. As a metric to measure the reliability, we consider the normalized total key rate whose maximization has a trade-off with establishing privacy. The problem is considered in two different scenarios: single-server scenario (only one verifier is considered, which all the provers are connected to) and multi-server scenario ($N$ verifiers are assumed, where each verifier is connected to a subset of users). For both scenarios, two regimes are considered: finite size regime (i.e., the variables are elements of a finite field) and asymptotic regime (i.e., the variables are considered to have large enough length). We propose achievable schemes that satisfy the completeness, soundness, and privacy properties in both single-server and multi-server scenarios in all cases. In the finite size regime, the main idea is to generate the authentication keys according to a secret sharing scheme. We show that the proposed scheme in the special case of multi-server authentication in the finite size regime is optimal. In the asymptotic regime, we use a random binning based scheme that relies on the joint typicality to generate the authentication keys.


翻译:网络物理系统连接世界中的大多数安全服务都需要私下验证大量节点。 在本文中, 私人认证问题被视为由验证机构、 验证者( 或部分验证者) 、 许多合法用户( 程序) 和任意攻击者 组成。 每个合法用户都希望由验证者认证( 使用个人钥匙 ), 同时保持完全匿名( 甚至与校验者 ) 。 另一方面, 攻击者必须无法认证 。 我们从信息- 理论性多功能学角度分析这一问题, 并提议一个通用的互动式信息理论模型。 作为测量可靠性的衡量标准, 我们考虑的是标准化总关键率的正常率, 以建立隐私为交换条件。 这个问题在两种不同的情形中考虑: 单一服务器假设( 仅考虑一个验证者, 所有验证者都与校验者连接 ) 和多服务器假想 $N美元验证者, 每个校验者都与一个最优的用户集分解 。 在两种假设中, 两种制度都考虑 : 固定的尺寸制度( ) (istryal liveralalalalalal ) sitution sal) sitution (i) sitution) 和(我们认为, rodeal) rodeal) 的系统是 。 i) i) ialtituding (我们的固定的固定的系统是, 。

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