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完美保密密钥下界

Shannon key-length bound · Perfect secrecy lower bound

在正确且完美保密的系统中,密钥熵不能小于消息熵。

形式陈述

对确定性解密、正确且满足完美保密的密码系统,若密钥 K 与消息 M 独立,则

H(K)H(M).

在有限消息空间且每条消息均可能时,也有密钥空间大小至少与消息空间一样大。

直觉

要让同一密文对所有候选明文都保持同等解释空间,密钥必须提供至少与明文不确定性相当的随机性。

例子与边界

一次一密达到该下界。伪随机生成器从短种子扩展密钥流只能提供计算安全,不能绕过信息论下界获得完美保密。

推论与应用

该结果解释了为什么完美保密难以大规模部署,并划清信息论安全与基于计算假设安全的边界。

参考资料
  • Claude E. Shannon, “Communication Theory of Secrecy Systems,” 1949.
  • Thomas M. Cover and Joy A. Thomas, Elements of Information Theory, 2nd ed., §2.6 and Chapter 7.