On Massive MIMO Physical Layer Cryptosystem

In this paper, we present a zero-forcing (ZF) attack on the physical layer cryptography scheme based on massive multiple-input multiple-output (MIMO). The scheme uses singular value decomposition (SVD) precoder. We show that the eavesdropper can decrypt/decode the information data under the same condition as the legitimate receiver. We then study the advantage for decoding by the legitimate user over the eavesdropper in a generalized scheme using an arbitrary precoder at the transmitter. On the negative side, we show that if the eavesdropper uses a number of receive antennas much larger than the number of legitimate user antennas, then there is no advantage, independent of the precoding scheme employed at the transmitter. On the positive side, for the case where the adversary is limited to have the same number of antennas as legitimate users, we give an $\mathcal{O}\left(n^2\right)$ upper bound on the advantage and show that this bound can be approached using an inverse precoder.Comment: To be presented at ITW 2015, Jeju Island, South Korea. 6 Pages, 1 Figur

Аутентификация ключей, распределяемых методом Диффи — Хеллмана, для мобильных устройств на основе аутентифицирующих помехоустойчивых кодов и магнитометрических данных

The wide distribution of mobile wireless devices (smartphones, tablets, etc.) warrants cryptographic protection of information transmitted by these devices, which requires supplying these devices with keys and providing their authentication. Recently, research on key authentication methods within scenarios of pairing mobile devices, has been increasingly relevant. In these conditions, mobile devices are located close to each other, up to the physical contact, and an additional key sharing authenticated channel protected from interception is established for purposes of key authentication. The analysis of additional channel versions: visual, acoustic, vibration, tactile, and magnetometric shows advantages of the latter one in terms of speed and reliability of authentication, as well as easer se of this channel compared to other methods. A magnetometer channel forms if there are magnetometers in mobile devices that measure the Earth’s magnetic field. Random fluctuations of the magnetic field at the measurement point allow to generate in a pair of mobile devices random sequences that coincide with a high probability and which can be used to authenticate session keys. The “Magparing” protocol of mobile devices keys authentication, which are distributed by Diffie-Hellman method is studied. his protocol is based on the magnetometer data measuring. We demonstrate that the protocol is succeptible to “man-in-the-middle” attack. This fact is confirmed also by software AVISPA simulation. A new key authentication method based on the use of authenticating code (A-code) is proposed. Authenticators for Diffie-Hellman values are generated based on A-code blocks and random sequences obtained by the reading of magnetometer’s values. An approach for A-code parameters optimization, that conforms to the requirements for authentication key length and both to the probabilities of false key removal and false key deception, is investigated. We present an example  of code parameters for key authentication with the length of 256 bits, providing the probability of a false key agreement of not greater than 10-9 and a probability of false rejection of a true key equal to –10–6, which shows viability of the proposed authentication method.Широкое распространение мобильных беспроводных устройств (смартфонов, планшетов и пр.) остро ставит вопрос о криптографической защите передаваемой этими устройствами информации, что, в свою очередь, требует обеспечения этих устройств ключами, а также решения задачи их аутентификации. В последнее время актуализировались исследования способов аутентификации ключей в рамках сценария сопряжения (спаривания) мобильных устройств. В этих условиях мобильные устройства располагаются близко друг к другу, вплоть до физического контакта, и между ними создается защищенный от перехвата дополнительный канал обмена данными с целью аутентификации ключей. Анализ дополнительных каналов — визуального, акустического, вибрационного, тактильного, магнитометрического — выявил преимущества последнего по скорости и достоверности аутентификации, а также удобству использования этого канала по сравнению с другими способами. Магнитометрический канал образуется при наличии в мобильных устройствах магнитометров, измеряющих магнитное поле Земли. Случайные колебания магнитного поля в точке измерения позволяют получить в двух мобильных устройствах совпадающие с большой вероятностью случайные последовательности, которые могут быть использованы для аутентификации сеансовых ключей. В статье исследуется протокол под названием Magparing, который предназначен для аутентификации ключей мобильных устройств, распределяемых по методу Диффи — Хеллмана, на основе использования показаний магнитометров этих устройств. Детальный анализ этого протокола показал его уязвимость к атаке «человек-посередине». Уязвимость протокола также подтверждена с помощью программы анализа безопасности протоколов AVISPA. Предложен безопасный способ аутентификации ключей (значений Диффи — Хеллмана) на основе аутентифицирующих помехоустойчивых кодов (АП-кодов). Аутентификаторы для значений Диффи — Хеллмана формируются на основе блоков АП-кода и случайных последовательностей, полученных из показаний магнитометров. Предложен подход к оптимизации параметров АП-кода, обеспечивающего выполнение требований по вероятности ложного отклонения и вероятности навязывания ключа заданной длины при минимизации длины цепочки магнитометрических данных, расходуемых в процедуре аутентификации. Приведен пример выбора параметров кода для аутентификации ключа длиной 256 бит, обеспечивающего вероятностью навязывания ложного ключа не более 10-9 при вероятности ложного отклонения истинного ключа -10-6, что свидетельствует о реализуемости этого способа аутентификации

Аутентификация ключей, распределяемых методом Диффи — Хеллмана, для мобильных устройств на основе аутентифицирующих помехоустойчивых кодов и магнитометрических данных

Широкое распространение мобильных беспроводных устройств (смартфонов, планшетов и пр.) остро ставит вопрос о криптографической защите передаваемой этими устройствами информации, что, в свою очередь, требует обеспечения этих устройств ключами, а также решения задачи их аутентификации. В последнее время актуализировались исследования способов аутентификации ключей в рамках сценария сопряжения (спаривания) мобильных устройств. В этих условиях мобильные устройства располагаются близко друг к другу, вплоть до физического контакта, и между ними создается защищенный от перехвата дополнительный канал обмена данными с целью аутентификации ключей. Анализ дополнительных каналов — визуального, акустического, вибрационного, тактильного, магнитометрического — выявил преимущества последнего по скорости и достоверности аутентификации, а также удобству использования этого канала по сравнению с другими способами. Магнитометрический канал образуется при наличии в мобильных устройствах магнитометров, измеряющих магнитное поле Земли. Случайные колебания магнитного поля в точке измерения позволяют получить в двух мобильных устройствах совпадающие с большой вероятностью случайные последовательности, которые могут быть использованы для аутентификации сеансовых ключей. В статье исследуется протокол под названием Magparing, который предназначен для аутентификации ключей мобильных устройств, распределяемых по методу Диффи — Хеллмана, на основе использования показаний магнитометров этих устройств. Детальный анализ этого протокола показал его уязвимость к атаке «человек-посередине». Уязвимость протокола также подтверждена с помощью программы анализа безопасности протоколов AVISPA. Предложен безопасный способ аутентификации ключей (значений Диффи — Хеллмана) на основе аутентифицирующих помехоустойчивых кодов (АП-кодов). Аутентификаторы для значений Диффи — Хеллмана формируются на основе блоков АП-кода и случайных последовательностей, полученных из показаний магнитометров. Предложен подход к оптимизации параметров АП-кода, обеспечивающего выполнение требований по вероятности ложного отклонения и вероятности навязывания ключа заданной длины при минимизации длины цепочки магнитометрических данных, расходуемых в процедуре аутентификации. Приведен пример выбора параметров кода для аутентификации ключа длиной 256 бит, обеспечивающего вероятностью навязывания ложного ключа не более 10-9 при вероятности ложного отклонения истинного ключа -10-6, что свидетельствует о реализуемости этого способа аутентификации