On Secure and Sequential Source Coding

• Secure source coding is an important research area in recent years as it deals with the problem of transmitting sensitive information over insecure channels while protecting it from unauthorized access. This is particularly relevant in the context of modern communication systems where the data transmitted is often sensitive in nature and the threat of eavesdropping or data breaches is high. By developing efficient and secure source coding techniques, it is possible to ensure the confidentiality and integrity of the transmitted information, thereby protecting the privacy and security of the users. In addition, secure source coding also plays a critical role in various applications such as sensor networks, wireless communications, and cloud computing. In this thesis, we explore the topic of secure source coding from an information theoretic perspective and focus on two main problems. In the first problem, we have successfully characterized the entire achievable rate-distortion-equivocation region of a specific instance of a classic problem. We investigate the challenge of balancing the trade-off between the rate of data compression, the level of distortion in the compressed data, and the amount of information leaked to an eavesdropper when a private key is shared between the sender and the receiver. Specifically, we concentrate on a scenario where the decoder and eavesdropper have access to different side-informations that are correlated with the source.In the second problem, the focus is on studying secure rate-distortion coding, where data is compressed and transmitted in a block-wise, causal manner, and the decoding is done non-causally. A new concept called cumulative rate distribution functions (CRDFs) is introduced to describe the rate resources that are spent sequentially to compress the sequence, while the concept of cumulative leakage distribution functions (CLFs) is used to characterize the security constraints on the amount of information leakage. Using techniques from majorization theory, necessary and sufficient conditions are derived for the achievable CRDFs for a given independent and identically distributed (IID) source and CLF, and it was found that the concave-hull of the CRDF characterizes the optimal achievable rate distribution. It is also extended to consider the scenario where there is a wiretap channel between the encoder, decoder, and eavesdropper, and inner and outer bounds as well as a closed-solution for a specific case of wiretap channels are found.

• Säker källkodning har blivit ett viktig forskningsområde på senare år då det berör överföringen av känslig information över osäkra kanaler med skydd från oönskad åtkomst. Detta är särskilt relevant i användningsområden med moderna kommunikationssystem där den överförda datan ofta är av känslig natur och hotet om avlyssning eller dataintrång är högt. Genom att utveckla effektiva och säkra källkodningstekniker är det möjligt att säkerställa sekretessen och integriteten i den överförda informationen, vilket skyddar användarnas integritet och säkerhet. Dessutom spelar säker källkodning också en avgörande roll i olika tillämpningar såsom sensornätverk, trådlös kommunikation och molntjänster. I denna avhandling undersöker vi ämnet säker källkodning ur ett informationsteoretiskt perspektiv och fokuserar på två huvudproblem.I det första problemet har vi framgångsrikt karakteriserat hela den uppnåeliga regionen för bandbredd-distorsion-equivocation för en specifik instans av ett klassiskt problem. Vi undersöker utmaningen att balansera avvägningen mellan bandbredden för datakomprimering, nivån av distorsion i den komprimerade datan och mängden information som läcker till en avlyssnare när en privat nyckel delas mellan avsändaren och mottagaren. Vi fokuserar specifikt på ett scenario där mottagaren och avlyssnaren har tillgång till olika sidoinformation som är korrelerade med källan.I det andra problemet är fokus på att studera säker bandbredd-distortion-kodning, där data komprimeras och skickas blockvis och kausalt, medan avkodningen görs icke-kausalt. Ett nytt koncept kallat kumulativ bandbreddsfördelningsfunktion (CRDF) introduceras för att beskriva de bandbreddsresurser som används sekvensiellt för att komprimera sekvensen, medan konceptet kumulativ läckagefördelningsfunktion (CLF) används för att beskriva säkerhetsbegränsningen på mängden information som läcker ut. Genom att använda metoder från majoriseringsteori, fastställs nödvändiga och tillräckliga villkor för den uppnåeliga CRDF för en given oberoende och identiskt fördelad (IID) källa och CLF, och det visade sig att konkava höljet av CRDF beskriver den optimala uppnåeliga bandbredds-fördelningen. Forskningen utvidgas också för att beakta ett scenario med en avlyssningskanal mellan kodaren, avkodaren och avlyssnaren, och en sluten lösning hittas för en specifik typ av wiretap-kanaler.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Elektroteknik och elektronik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering (hsv//eng)

Nyckelord

Electrical Engineering

Elektro- och systemteknik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)