针对 Kirchhoff-Law-Johnson-Noise (KLJN) 安全密钥交换协议的随机数生成器、过零点与非线性攻击

本论文展示了对 KLJN 方案的三种新型攻击。第一种攻击类型基于受损的 RNG。第一类 RNG 攻击是确定性的。首先，Eve 知道两种噪声。她可以在比特交换周期的一小部分时间内，通过 Ohm 定律和单比特功率破解该比特。其次，Eve 仅知道 Bob 的噪声，因此她可以在比特交换周期结束时通过 Ohm 定律获知 Bob 的电阻值以及 Alice 的电阻值。她还可以使用排除法。第二类 RNG 攻击是统计性的。首先，Eve 对 Alice 和 Bob 的噪声有部分了解。她可以通过求其噪声与导线中测量噪声之间的最高互相关，以及求其噪声与 Alice/Bob 噪声之间的最高互相关来破解该比特。其次，Eve 仅对 Alice 的噪声有部分了解。她仍然可以破解该比特，但需在比特交换周期之后。第二种攻击类型基于热力学。此前，KLJN 方案要求热平衡。然而，Vadai 等人在 (Nature) Science Reports 中展示了一种改进的方案，其中存在非零热噪声，但该系统能够抵御所有已知攻击。我们利用线电流与电压之间的符合事件，表明存在非零信息泄露。一旦恢复热平衡，系统再次完全安全。最后一种攻击类型基于噪声发生器的非线性。我们探讨了二阶和三阶失真的影响。结果表明，1% 的失真会导致显著的信息泄露。我们还表明，降低有效温度会使 KLJN 方案趋于完美安全。