要想絕對保密,必須密鑰個數大於明文個數

核心:每一個密鑰kKk\in\mathcal{K},都對應着一張明密文表。考察,任意密文cCc\in\mathcal{C}cc在所有的明密文表中對應的明文形成的集合記爲M(c)\mathcal{M}(c),則顯然有M(c)K|\mathcal{M}(c)|\leq |K|。如果K<M|\mathcal{K}|<|\mathcal{M}|,即密鑰空間小於明文空間,則必然M(c)<M|\mathcal{M}(c)|<|\mathcal{M}|,進而,必然存在mMm'\in\mathcal{M}同時滿足m∉M(c)m'\not\in \mathcal{M}(c),即存在mMm'\in\mathcal{M},使得Pr[M=mC=c]=0Pr[M=m'|C=c]=0顯然,矛盾!

前言:僅個人小記。對絕對保密非常核心的理解我認爲是:絕對保密,即看到密文等價於沒有看到密文,在概率上就是後驗概率等於先驗概率,而後驗概率等於先驗概率就等價於兩個隨機變量獨立,而根據獨立,則可以非常直接的,避開一些推導,而得到一些很重要的性質,也非常有助於理解這些性質。

前要知識和約定

  1. 明文空間MM,密鑰空間KK,密文空間CC.
    M|M|表示明文空間的大小,即明文的個數;K|K|表示密鑰空間的大小,即密鑰的總個數;
  2. 加密機制正確性,指的是,用給定的密鑰解密任意一個密文的時候,明文是唯一確定的。
  3. 給定一個密鑰 k, 我們可以生成一張明文密文對照表,顯然所有的明文參與,同時同一張表中,爲了保持加密機制的正確性,必然所有的密文互相不同,即同一張明文密文對照表中不可能出現相同的密文
  4. 後驗概率等於先驗概率,就等價於兩個隨機量獨立(這裏是直接點出來的,將兩個東西聯繫了起來。雖然簡單,熟用之是非常重要的)P(A=aB=b)=P(A=a)P(A=a|B=b)=P(A=a)展開得到P(A=a,B=b)P(B=b)=P(A=a)\frac{P(A=a,B=b)}{P(B=b)}=P(A=a)進而P(A=a,B=b)=P(A=a)P(B=b)P(A=a,B=b)=P(A=a)P(B=b) 這個等式成立,即說明隨機變量 A 和 B 相互獨立,即 ABA\perp B

簡要示例分析

分析

絕對保密(Perfectly Secure),即密文不泄露任何有關明文的信息。概率上來講,就是後驗概率等於先驗概率,即Pr[M=mC=c]=Pr[M=m]Pr[M=m|C=c]=Pr[M=m]即拿到了密文 c 之後,對 M 的判斷沒有發生任何改變。

使用反證法:假如K<M|K|<|M|,對於密文 c, 根據第3條知識,我們知道,在任意一張明文密文對照表中,c 最多隻能出現 1 次,而明文密文對照表總計有K|K|張,記密文 c 對應的明文集合爲 M(c)|M(c)|,則必然 M(c)K|M(c)|\leq |K|,又因爲 KM|K|\leq|M|,故而M(c)M|M(c)|\leq|M|,故而必然,進而有mM,mM(c),Pr[M=mC=c]=0Pr[M=m]\exist m\in M,m\notin M(c),Pr[M=m|C=c]=0\neq Pr[M=m]
進而打破了“後驗概率=先驗概率”這條規則,進而當K<M|K|<|M| 時,不可能是絕對保密的。

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