In dieser Vorlesung werden die Grundlagen und Paradigmen der informationstheoretischen Sicherheit (ITS) vermittelt, d.h. Sicherheitsmechanismen, die nicht auf "das Lösen eines schweren Problems zurückzuführen sind". ITS soll in zukünftigen Kommunikationssysteme (z.B. Evolutionspfad von 5G hinzu 6G oder WiFi-6) zum Tragen kommen und adressiert dabei wesentliche Aspekte neuer Dienste wie das IoT, das taktile Internet usw., vor allem im Hinblick auf skalierbare, schnelle, und auch nutzerseitig handhabbare Sicherheit („Usability“). Ein häufig genannter Aspekt ist auch Sicherheit für das post-quantum Zeitalter. Allgemein gesprochen nutzt ITS die Eigenschaften des Übertragungskanals gezielt aus, z.B. durch abhörsichere Kodierung oder durch Erzeugen eine gemeinsamen Geheimnisses („Common information“) über die spezifische Eigenschaften der komplexen elektromagnetischen Wellenausbreitung im Übertragungsmedium.

Inhalt:

--Was ist perfekte Sicherheit? Angriffe auf Diffie-Hellman und RSA, Schlüsselmanagement in skalierbaren Systemen

--Fundamentale Ungleichungen und Mengencharakterisierungen (Jensen, Caratheodory, Konzentrationsungleichungen, …)

--Grundlagen der Informationstheorie (Bedingte-, Cross- Entropie, Transinformation, AEP, Method of types, Shannon Sätze, Mehrnutzersysteme, Slepian-Wolf, Grundlagen der Kodierung, ...)

--Verschlüsselungssysteme und Krypto-Metriken (Fundamentalsätze, reine Chriffren und Restklassen, Distanzmaße für Verteilungen und ihre Einbettungen, Pinsker‘s Ungleichung, semantische Sicherheit, min-Entropie, optimale Hyphothesentests und Angriffe

--Grundlagen der Abhörkodierung (Degradierter Kanal, erreichbare Ratenregion, Coset-Kodierung, Crypto-Designs, Universelle Hash Lemma, Ramanujan-Graphen, …)

--Secret Key generation (Mauer’s Schema, Schlüsselkapazität, Reconcilliation-Protokolle wie Cascade, Privacy amplification, Extractors, Fuzzy-Extractor, BCH-Designs, “From weak to strong security”, ...)

--Ausblick auf IoT WiFi6 und 6G