We consider the strong secret key (SK) agreement problem for the satellite communication setting, where a remote source (a satellite) chooses a common binary phase shift keying (BPSK) modulated input for three statistically independent additive white Gaussian noise (AWGN) channels whose outputs are observed by, respectively, two legitimate receivers (Alice and Bob) and an eavesdropper (Eve). Legitimate receivers have access to an authenticated, noiseless, two-way, and public communication link, so they can exchange multiple rounds of public messages to agree on a SK hidden from Eve. Without loss of essential generality, the noise variances for Alice's and Bob's measurement channels are both fixed to a value $Q>1$, whereas the noise over Eve's measurement channel has a unit variance, so $Q$ represents a channel quality ratio. The significant and not necessarily expected effect of quantizations at all receivers on the scaling of the SK capacity with respect to a sufficiently large and finite channel quality ratio $Q$ is illustrated by showing 1) the achievability of a constant SK for any finite BPSK modulated satellite output by proposing a thresholding algorithm as an advantage distillation protocol for AWGN channels and 2) the converse (i.e., unachievability) bound for the case when all receivers apply a one-bit uniform quantizer to their noisy observations before SK agreement, for which the SK capacity is shown to decrease quadratically in $Q$. Our results prove that soft information increases not only the reliability and the achieved SK rate but also the scaling of the SK capacity at least quadratically in $Q$ as compared to hard information.


翻译:我们认为,卫星通信环境存在强大的秘密密钥(SK)协议问题,即远程源(卫星)选择通用的二进制转换密钥(BPSK)调制输入,用于三个统计上独立的添加式白高西亚噪音(AWGN)频道,其产出分别由两个合法的接收器(Alic和Bob)和一个窃听器(Eve)观测到。合法接收器可以访问一个经认证的、无噪音的、双向的和公共通信链接,这样他们就可以交换多轮公开信息,以商定从Eve隐藏的SK。如果没有失去基本的一般性,Alice和Bob测量频道的噪音差异将固定为1美元1美元,而Evey测量频道的噪音则有单位差异,因此美元代表一个频道质量比率。所有接收器的四分解作用对SK容量的缩放量,但足够大和有限的频道质量比率为$QQQ,其显示1比值最低的SK水平观测能力,而SBSMSMSML为SM公司的任何稳定基调平平平平平平基数据。

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