卡内基梅隆大学和牛津大学发布新算法：使用最小熵耦合的完美安全秘密通信技术

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研究简报：突破实现完美安全的秘密通信

卡内基梅隆大学和牛津大学的一个团队在一项看似从间谍小说的书页上抄袭的研究中开发了一种算法，可以如此有效地隐藏敏感信息，以至于无法检测到。

该算法适用于一种称为隐写术的技术，这是一种将敏感信息隐藏在无害内容中的做法。尽管已经研究了超过 25 年，但现有的隐写术方法通常提供不完善的安全性，使用它们的个人有被检测到的风险。

研究团队利用信息论的最新突破——特别是最小熵耦合——来克服这一缺点。最小熵耦合以这样的方式组合数据的两个分布，使得它们的互信息最大化，但个体分布被保留。该算法可应用于任何自动生成内容的软件，并且可能对加密非法国家的记者和援助人员有用。

“这项工作的主要贡献是展示了一个称为最小熵耦合的问题与完全安全的隐写术之间的深层联系。通过利用这种联系，我们引入了一个新的具有完美安全保证的隐写术算法系列，”联合创始人 Samuel Sokota 说，主要作者和博士学位，CMU机器学习系学生。

研究人员使用多种生成自动生成内容的模型测试了该算法，并证明在各种应用中的编码效率比以前的隐写术方法高出 40%。即使不需要完美的安全性，这些数据压缩和存储优势也可能使隐写术成为一种有吸引力的方法。 

这项名为“Perfectly Secure Steganography Using Minimum Entropy Coupling”的工作将出现在今年 5 月举行的第 11 届国际学习表征会议上。它也可以在arXiv和 Github 上找到。如需更多信息，请阅读牛津大学的新闻稿。

论文：

Perfectly Secure Steganography Using Minimum Entropy Coupling

Christian Schroeder de Witt, Samuel Sokota, J. Zico Kolter, Jakob Foerster, Martin Strohmeier

[University of Oxford  & Carnegie Mellon University]

1. 隐写术是将秘密信息编码到无害的内容中的做法，其方式是让有敌意的第三方意识不到其中隐藏的意义。虽然这个问题一直是在安全文献中研究的，但最近生成模型的进展导致了安全和机器学习研究人员对开发可扩展的隐写技术的共同兴趣。
2. 在这项工作中，本文表明，根据Cachin（1998）的隐写术信息理论模型，一个隐写术程序是完全安全的，当且仅当它是由一个耦合体诱导的。此外，我们还表明，在完全安全的程序中，当且仅当一个程序由最小熵耦合诱导时，它才是最大效率的。据我们所知，这些见解产生了第一个以非微不足道的效率实现完美安全保证的隐写算法；此外，这些算法是高度可扩展的。
3. 为了提供经验验证，我们将基于最小熵耦合的方法与三种现代基线–算术编码、Meteor和自适应动态分组–使用GPT-2、WaveRNN和Image Transformer作为通信通道进行比较。我们发现，基于最小熵耦合的方法实现了更高的编码效率，尽管它的安全约束更强。
4. 总的来说，这些结果表明，通过最小熵的视角来看待信息理论的隐写术可能是很自然的。通过最小熵耦合的视角来看待隐写术。

https://arxiv.org/pdf/2210.14889.pdf

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