《電子技術(shù)應(yīng)用》
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《安全通論》(5)——攻防篇之“非盲對(duì)抗”之勸酒令
2016年微型機(jī)與應(yīng)用第19期
楊義先,鈕心忻
(北京郵電大學(xué) 信息安全中心,,北京 100876)
摘要: 編者按:網(wǎng)絡(luò)空間安全的本質(zhì)就是攻防對(duì)抗,。“安全對(duì)抗”又分為兩大類(lèi):盲對(duì)抗和非盲對(duì)抗。在本系列之二《安全通論》(2)--攻防篇之盲對(duì)抗中,對(duì) “盲對(duì)抗”已經(jīng)有所介紹,并給出了黑客(紅客)攻擊(防守)能力的精確極限,,針對(duì)“非盲對(duì)抗”,文章繼續(xù)引用經(jīng)典游戲來(lái)進(jìn)行分析,。在該文中,,酒友們?cè)谘鐣?huì)上常玩的“猜拳”和“劃拳”等勸酒令,,也成了《安全通論》的研究?jī)?nèi)容,仍然采用統(tǒng)一的“信道容量方法”,,給出了“贏酒杯數(shù)”和“罰酒杯數(shù)”的理論極限,,還給出了醉鬼獲勝的調(diào)整技巧。當(dāng)然,,這些內(nèi)容也是《安全通論》不可或缺的組成部分,。文章還針對(duì)所有“輸贏規(guī)則線(xiàn)性可分”的“非盲對(duì)抗”,給出了統(tǒng)一的解決方案,。為與本刊風(fēng)格一致,,我們對(duì)文字略作了一些微調(diào)。
Abstract:
Key words :

  編者按:網(wǎng)絡(luò)空間安全的本質(zhì)就是攻防對(duì)抗,?!鞍踩珜?duì)抗”又分為兩大類(lèi):盲對(duì)抗和非盲對(duì)抗。在本系列之二《安全通論》(2)--攻防篇之盲對(duì)抗中,,對(duì) “盲對(duì)抗”已經(jīng)有所介紹,并給出了黑客(紅客)攻擊(防守)能力的精確極限,,針對(duì)“非盲對(duì)抗”,,文章繼續(xù)引用經(jīng)典游戲來(lái)進(jìn)行分析。在該文中,,酒友們?cè)谘鐣?huì)上常玩的“猜拳”和“劃拳”等勸酒令,,也成了《安全通論》的研究?jī)?nèi)容,仍然采用統(tǒng)一的“信道容量方法”,,給出了“贏酒杯數(shù)”和“罰酒杯數(shù)”的理論極限,,還給出了醉鬼獲勝的調(diào)整技巧。當(dāng)然,,這些內(nèi)容也是《安全通論》不可或缺的組成部分,。文章還針對(duì)所有“輸贏規(guī)則線(xiàn)性可分”的“非盲對(duì)抗”,給出了統(tǒng)一的解決方案,。為與本刊風(fēng)格一致,,我們對(duì)文字略作了一些微調(diào)。

  教授,,博士生導(dǎo)師,,災(zāi)備技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室主任,北京郵電大學(xué)信息安全中心主任,,教育部網(wǎng)絡(luò)攻防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,,《微型機(jī)與應(yīng)用》編委,主要研究方向:網(wǎng)絡(luò)空間安全,、現(xiàn)代密碼學(xué)和糾錯(cuò)編碼等,。

  鈕心忻

  博士,,教授,博士生導(dǎo)師,。北京郵電大學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位,,香港中文大學(xué)電子工程系博士學(xué)位。1997年起在北京郵電大學(xué)信息工程學(xué)院(現(xiàn)計(jì)算機(jī)學(xué)院)從事教學(xué)與科研工作,。主要研究方向:網(wǎng)絡(luò)與信息安全,、信號(hào)與信息處理等。

  0引言

  以網(wǎng)絡(luò)空間安全,、經(jīng)濟(jì)安全,、領(lǐng)土安全等為代表的所有安全問(wèn)題的核心就是“對(duì)抗”!所以,,無(wú)論花多少篇幅,,都必須把它研究透徹,至少是要盡可能透徹,。哪怕是多次變換角度,,甚至利用古老游戲和時(shí)髦娛樂(lè)項(xiàng)目,來(lái)全面深入地研究安全對(duì)抗問(wèn)題,,都是值得的,。

  “安全經(jīng)絡(luò)”是《安全通論》的第一塊基石,文獻(xiàn)[1]已經(jīng)打好了這塊基石,。

  “安全對(duì)抗”是《安全通論》的第二塊基石,。“安全對(duì)抗”分為兩大類(lèi):盲對(duì)抗,、非盲對(duì)抗,。為了打好這第二塊基石,我們已經(jīng)在文獻(xiàn)[2]中,,統(tǒng)一研究了“盲對(duì)抗”,,并給出了黑客(紅客)攻擊(防守)能力的精確極限。針對(duì)“非盲對(duì)抗”,,雖然已經(jīng)找到了統(tǒng)一的研究方法(信道容量法),,但是,由于“非盲對(duì)抗”的模型千變?nèi)f化,,我們只好“見(jiàn)招拆招”,。比如,分別在文獻(xiàn)[3]和[4]中,,以“石頭剪刀布游戲”,、“猜正反面游戲”和“手心手背游戲”為對(duì)象,研究了“非盲對(duì)抗”的三個(gè)有趣實(shí)例,,給出了輸贏極限和獲勝技巧,。本文對(duì)酒桌上著名的兩個(gè)實(shí)例(劃拳,、猜拳)進(jìn)行分析,仍然采用統(tǒng)一的“信道容量方法”,,給出了“贏酒杯數(shù)”和“罰酒杯數(shù)”的理論極限,,還給出了醉鬼獲勝的調(diào)整技巧。當(dāng)然,,這些內(nèi)容也是《安全通論》不可或缺的組成部分,。此外,針對(duì)“非盲對(duì)抗”的很大一個(gè)子類(lèi)(輸贏規(guī)則線(xiàn)性可分的情況),,我們給出了統(tǒng)一的解決方案,。

  1“猜拳”贏酒

  “猜拳”是宴會(huì)上主人和客人鬧酒的游戲形式之一。其游戲規(guī)則是:在每個(gè)回合中,,主人和客人同時(shí)獨(dú)立亮出如下4種手勢(shì)之一:蟲(chóng)子,、公雞、老虎,、棒子,,然后,雙方共同根據(jù)如下“勝負(fù)判定規(guī)則”來(lái)決定該罰誰(shuí)喝一杯酒:

  “蟲(chóng)子”被“公雞”吃掉,;“公雞”被“老虎”吃掉,;“老虎”被“棒子”打死;“棒子”被“蟲(chóng)子”蛀斷,。

  除此之外,,主客雙方如果平局,,則互不罰酒,。

  一個(gè)回合結(jié)束后,主客雙方再進(jìn)行下一回合的“猜拳”,。

  將此“猜拳游戲”用數(shù)學(xué)方式表示出來(lái)便是:設(shè)主人和客人分別用隨機(jī)變量X和Y來(lái)表示,,它們的可能取值有4個(gè):0,1,,2,,3。具體如下:

  當(dāng)主人(或客人)亮出“蟲(chóng)子”時(shí),,記X=0(或Y=0),;

  當(dāng)主人(或客人)亮出“公雞”時(shí),記X=1(或Y=1),;

  當(dāng)主人(或客人)亮出“老虎”時(shí),,記X=2(或Y=2);

  當(dāng)主人(或客人)亮出“棒子”時(shí),,記X=3(或Y=3),。

  如果某回合中,,主人亮出的是x(即X=x,0≤x≤3),,而客人亮出的是y(即Y=y,,0≤y≤3),那么,,本回合主人贏(即罰客人一杯酒)的充分必要條件是:(x-y)mod4=1,;客人贏(即罰主人一杯酒)的充分必要條件是:(y-x)mod4=1;否則,,本回合為“平局”,,即主客雙方互不罰酒,接著進(jìn)行下一回合的“斗酒”,。

  這個(gè)“猜拳”游戲顯然是一種“非盲對(duì)抗”,。主人和客人到底誰(shuí)輸誰(shuí)贏?最多會(huì)被罰多少杯酒,?他們?cè)鯓硬拍茏寣?duì)方多喝,,而自己少喝?下面就用《安全通論》的“信道容量法”來(lái)回答這些問(wèn)題,。

  由概率論中的大數(shù)定律,,頻率趨于概率,所以,,根據(jù)“主人(X)”和“客人(Y)”的習(xí)慣,,即過(guò)去他們“斗酒”的統(tǒng)計(jì)規(guī)律(如果他們是初次見(jiàn)面,那么不妨讓他們以“熱身賽”方式先“斗酒”一陣子,,然后記下他們的習(xí)慣),,就可以分別給出X和Y的概率分布,以及(X,,Y)的聯(lián)合概率分布:

  0<Pr(X=i)=pi<1,,i=0,1,2,3;p0+p1+p2+p3=1,;

  0<Pr(Y=i)=qi<1,,i=0,1,2,3;q0+q1+q2+q3=1,;

  0<Pr(X=i,Y=j)=tij<1,,i, j=0,1,2,3;∑0≤i,j≤3tij=1,;

  px=∑0≤y≤3txy,,x=0,1,2,3;

  qy=∑0≤x≤3txy,y=0,1,2,3,。

  為了分析“主人”贏酒情況,,我們構(gòu)造一個(gè)隨機(jī)變量Z=(Y+1)mod4。然后,,再用隨機(jī)變量X和Z構(gòu)成一個(gè)信道(X,;Z),稱(chēng)它為“猜拳主人信道”,,即該信道以X為輸入,、Z為輸出。

  下面來(lái)分析幾個(gè)事件等式,。如果某回合中,,主人亮出的是x(即X=x,0≤x≤3),,而客人亮出的是y(即Y=y,,0≤y≤3),那么:

  如果本回合“主人”贏,,則有(x-y)mod4=1,,即,y=(x-1)mod4,,于是,,z=(y+1)mod4=[(x-1)+1]mod4=xmod4=x,換句話(huà)說(shuō),,此時(shí),,“猜拳主人信道”的輸出Z始終等于輸入X,也就是說(shuō),,一個(gè)“比特”被成功地從輸入端X發(fā)送到了輸出端Z,。

  反過(guò)來(lái),如果在“猜拳主人信道”中,,一個(gè)“比特”被成功地從輸入端X發(fā)送到了輸出端Z,那么,,此時(shí)就有“輸出z始終等于輸入x,,即z=x”,,也就有(x-y)mod4=(z-y)mod4=[(y+1)-y]mod4=1mod4=1,于是,,根據(jù)“猜拳”規(guī)則,,就該判“主人贏”,即客人罰酒一杯,!

  結(jié)合上述正反兩種情況有:

  引理1:在“猜拳”游戲中,,“主人贏一次”就等價(jià)于“1個(gè)“比特”被成功地從“猜拳主人信道”(X;Z)的輸入端發(fā)送到了輸出端”。

  由引理1,,再結(jié)合仙農(nóng)信息論的著名“信道編碼定理”[56]:如果“猜拳主人信道”的容量為C,,那么,對(duì)于任意傳輸率k/n≤C,,都可以在譯碼錯(cuò)誤概率任意小的情況下,,通過(guò)某個(gè)n比特長(zhǎng)的碼字,成功地把k個(gè)比特傳輸?shù)绞招哦?。反過(guò)來(lái),,如果“猜拳主人信道”能夠用n長(zhǎng)碼字,把S個(gè)比特?zé)o誤差地傳輸?shù)绞招哦?,那么,,一定有S≤nC。把這段話(huà)翻譯一下,,便有如下定理:

  定理1(猜拳主人贏酒定理):設(shè)由隨機(jī)變量(X,;Z)組成的“猜拳主人信道”的信道容量為C,那么,,在剔除掉“平局”的情況后有:(1)如果主人想罰客人k杯酒,,那么,他一定有某種技巧(對(duì)應(yīng)于仙農(nóng)編碼),,使得他能夠在k/C個(gè)回合中,,以任意接近1的概率達(dá)到目的。反過(guò)來(lái),,(2)如果主人在n回合中,,贏了S次,即,,罰了客人S杯酒,,那么,一定有S≤nC,。

  由該“猜拳主人贏酒定理”可知,,只要求出“猜拳主人信道”的信道容量C,那么,,主人“贏酒”的“杯數(shù)”極限就確定了,。下面就來(lái)求信道容量C。

  首先,,(X,,Z)的聯(lián)合概率分布為:

  Pr(X=i,Z=j)=Pr(X=i,(Y+1)mod4=j)=Pr(X=i,Y=(j-1)mod4)=ti(j-1)mod4,i,j=0,1,2,3,4

  所以,,“猜拳主人信道”(X,;Z)的信道容量就是:

  C=Max[I(X,Z)]=Max{∑0≤i,j≤3[ti(j-1)mod4]

  log[ti(j-1)mod4]/(piqj)}

  這里的最大值Max是針對(duì)滿(mǎn)足如下條件的實(shí)數(shù)而取的:0<pi,tij<1, i,j=0,1,2,3;p0+p1+p2+p3=1;∑0≤i,j≤3tij=1,;px=∑0≤y≤3txy,。所以,這個(gè)C實(shí)際上是滿(mǎn)足條件q0+q1+q2+q3=1和0<qi<1,i=0,1,2,3的正實(shí)數(shù)變量的函數(shù),,即,,可以記為C(q0,q1,q2,q3),其中,,q0+q1+q2+q3=1,。

  同理,可以分析“客人贏酒”的情況,,此處不再贅述,。

  可見(jiàn),“主人”贏酒的多少(C(q0,q1,q2,q3)),,其實(shí)取決于“客人”的習(xí)慣(q0,q1,q2,q3),。如果主客雙方都固守他們的習(xí)慣,那么,,他們的輸贏已經(jīng)“天定”了,;如果“主人”或“客人”中有一方見(jiàn)機(jī)行事(即調(diào)整自己的習(xí)慣),那么,,當(dāng)他調(diào)整到其信道容量大過(guò)對(duì)方時(shí),,他就能夠整體上贏;如果“主人”和“客人”雙方都在調(diào)整自己的習(xí)慣,,那么,,他們最終將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

  2“劃拳”贏酒

  “劃拳”比“猜拳”更復(fù)雜,,是宴會(huì)上主人和客人鬧酒的另一種游戲形式,。

  該游戲規(guī)則是:在每個(gè)回合中,主人(A)和客人(B)各自同時(shí)獨(dú)立地在手上亮出0~5這6種手勢(shì)之一,,并在嘴上吼出0~10這11個(gè)數(shù)之一,。也就是說(shuō),每個(gè)回合中,,“主人A”是一個(gè)2維隨機(jī)變量,,即A=(X,Y),,其中,,0≤X≤5是“主人”手上顯示的數(shù),,而0≤Y≤10是“主人”嘴上吼出的數(shù),。同樣,“客人B”也是一個(gè)2維隨機(jī)變量,即B=(F,,G),,其中,0≤F≤5是“客人”手上顯示的數(shù),,而0≤G≤10是“客人”嘴上吼出的數(shù),。

  如果在某個(gè)回合中,“主人”和“客人”的2維數(shù)分別是(x,y)和(f,g),,那么,,“劃拳”游戲的罰酒規(guī)則是:

  如果,x+f=y,,那么,,“主人”贏,罰“客人”喝一杯酒,;如果,,x+f=g,那么,,“客人”贏,,罰“主人”喝一杯酒;如果上述兩種情況都不出現(xiàn),,則為“平局”,,主客雙方互不罰酒,接著進(jìn)行下一回合,。具體來(lái)說(shuō):雙方嘴上吼的數(shù)一樣(即g=y)時(shí),,“平局”出現(xiàn);雙方雖然吼的數(shù)各不相同,,但是,,他們“手上顯示的數(shù)之和”不等于“任何一方嘴上吼的數(shù)”時(shí),“平局”也出現(xiàn),。

  這個(gè)“劃拳”游戲顯然也是一種“非盲對(duì)抗”,。下面就用《安全通論》的“信道容量法”來(lái)研究游戲雙方的輸贏問(wèn)題。

  與前文“猜拳”游戲類(lèi)似,,由概率論中的大數(shù)定律,,頻率趨于概率,根據(jù)“主人(A)”和“客人(B)”的習(xí)慣,,即過(guò)去他們“斗酒”的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,,就可以分別給出A和B及其分量X、Y,、F,、G的概率分布,,以及4個(gè)隨機(jī)變量(X,Y,,F(xiàn),,G)的聯(lián)合概率分布:

  “主人”手上顯示x的概率:0<Pr(X=x)=px<1,0≤x≤5,;x0+x1+x2+x3+x4+x5=1,;

  “客人”手上顯示f的概率:0<Pr(F=f)=qf<1,0≤f≤5,;f0+f1+f2+f3+f4+f5=1,;

  “主人”嘴上吼y的概率:0<Pr(Y=y)=ry<1,0≤y≤10,;∑0≤y≤10ry =1,;

  “客人”嘴上吼g的概率:0<Pr(G=g)=sg<1,0≤g≤10,;∑0≤g≤10sg =1,;

  “主人”手上顯示x,嘴上吼y的概率:

  0<Pr[A=(x,y)]=Pr(X=x,Y=y)=bxy<1,,0≤y≤10,,0≤x≤5,∑0≤y≤10,0≤x≤5bxy =1,;

  “客人”手上顯示f,,嘴上吼g的概率:

  0<Pr[B=(f,g)]=Pr(F=f,G=g)=hfg<1,0≤g≤10,,0≤f≤5,,∑0≤g≤10,0≤f≤5hfg =1;

  “主人手上顯示x,,嘴上吼y,;同時(shí),客人手上顯示f,,嘴上吼g”的概率:

  0<Pr[A=(x,y),B=(f,g)]=Pr(X=x,Y=y,F=f,G=g)=txyfg<1,,這里,0≤y,g≤10,,0≤x,f≤5,,∑0≤y,g≤10,0≤x,f≤5txyfg =1。

  為了分析“主人”贏酒情況,,構(gòu)造一個(gè)2維隨機(jī)變量:Z=(U,V)=(Xδ(G-Y),,X+F),這里的δ函數(shù)定義為:δ(0)=0,;δ(x)=1,,如果x≠0,。于是:

  Pr[Z=(u,v)]=∑x+f=v,xδ(g-y)=utxyfg=:duv,這里,,0≤v≤10,,0≤u≤5,。

  然后,,再用隨機(jī)變量A和Z構(gòu)成一個(gè)信道(A;Z),,稱(chēng)它為“劃拳主人信道”,,即,該信道以A為輸入,,以Z為輸出,。

  下面來(lái)分析幾個(gè)事件等式。如果某回合中,,主人手上亮出的是x(即X=x,,0≤x≤5),主人嘴上吼的是y(即Y=y,,0≤y≤10),;而客人手上亮出的是f(即F=f,0≤f≤5),,客人嘴上吼的是g(即G=g,,0≤g≤10)。那么,,根據(jù)“劃拳”的評(píng)判規(guī)則有:

  如果本回合“主人”贏,,那么,x+f=y,,同時(shí)y≠g,。于是,δ(g-y)=1,,進(jìn)一步就有:Z=(u,v)=(xδ(g-y),,x+f)=(x,y)=A,換句話(huà)說(shuō),,此時(shí),,“劃拳主人信道”的輸出Z始終等于輸入A,也就是說(shuō):一個(gè)“比特”被成功地從輸入端A發(fā)送到了輸出端Z,。

  反過(guò)來(lái),,如果在“劃拳主人信道”中,一個(gè)“比特”被成功地從輸入端A發(fā)送到了輸出端Z,,那么,,此時(shí)就有“輸出z=(u,v)=(xδ(g-y),,x+f)始終等于輸入(x,y)”,也就有:xδ(g-y)=x同時(shí)x+f=y,,即,,y≠g且x+f=y,于是,,根據(jù)“劃拳”規(guī)則,,就該判“主人贏”,即,,客人罰酒一杯,!

  結(jié)合上述正反兩種情況,便有:

  引理2:在“劃拳”游戲中,,“主人贏一次”就等價(jià)于“1個(gè)“比特”被成功地從“劃拳主人信道”(A,;Z)的輸入端,發(fā)送到了輸出端”,。

  由引理2,,再結(jié)合仙農(nóng)信息論的著名“信道編碼定理”[56]:如果“劃拳主人信道”的容量為D,那么,,對(duì)于任意傳輸率k/n≤D,,都可以在譯碼錯(cuò)誤概率任意小的情況下,通過(guò)某個(gè)n比特長(zhǎng)的碼字,,成功地把k個(gè)比特傳輸?shù)绞招哦?。反過(guò)來(lái),如果“劃拳主人信道”能夠用n長(zhǎng)碼字,,把S個(gè)比特?zé)o誤差地傳輸?shù)绞招哦?,那么,一定有S≤nD,。把這段話(huà)翻譯一下,,便有如下定理:

  定理2(劃拳主人贏酒定理):設(shè)由隨機(jī)變量(A;Z)組成的“劃拳主人信道”的信道容量為D,。那么,,在剔除掉“平局”的情況后有:(1)如果主人想罰客人k杯酒,那么,,他一定有某種技巧(對(duì)應(yīng)于仙農(nóng)編碼),,使得他能夠在k/D個(gè)回合中,以任意接近1的概率達(dá)到目的,。反過(guò)來(lái),,(2)如果主人在n回合中贏了S次,即,,罰了客人S杯酒,,那么,,一定有S≤nD。

  由該“劃拳主人贏酒定理”可知,,只要求出“劃拳主人信道”的信道容量D,,那么,主人“贏酒”的“杯數(shù)”極限就確定了,。下面就來(lái)求信道容量D:

  D=Max[I(A,Z)]

  =Max{∑a,zPr(a,z)log[Pr(a,z)/[Pr(a)Pr(z)]]}

  =Max{∑x,y,f,gPr(x,y,xδ(g-y),x+f)log[Pr(x,y,xδ(g-y),x+f)/[Pr(x,y)Pr(xδ(g-y),x+f)]]}

  =Max{∑x,y,f,gtx,y,xδ(g-y),x+flog[tx,y,xδ(g-y),x+f/

 ?。踒xydxδ(g-y),x+f]]}

  這里的最大值是針對(duì)滿(mǎn)足如下條件的正實(shí)數(shù)而取的:

  0≤y≤10;∑0≤y≤10ry=1,;

  0≤y≤10,,0≤x≤5,,∑0≤y≤10,0≤x≤5bxy =1,;

  0≤g≤10,0≤f≤5,,∑0≤g≤10,0≤f≤5hfg =1,。

  所以,“劃拳主人信道”的容量D其實(shí)是滿(mǎn)足條件0≤f≤5,;f0+f1+f2+f3+f4+f5=1,;0≤g≤10;∑0≤g≤10sg =1的fi,,gj的函數(shù),,0≤i≤5,0≤j≤10。

  同理,,可以分析“客人贏酒”的情況,,此處不再贅述。

  可見(jiàn),,“劃拳主人”贏酒的多少(D(gj,fi)),,其實(shí)取決于“客人”的習(xí)慣(gj,fi)。如果主客雙方都固守他們的習(xí)慣,,那么,,他們的輸贏已經(jīng)“天定”了;如果“主人”或“客人”中有一方見(jiàn)機(jī)行事(即,,調(diào)整自己的習(xí)慣),,那么,當(dāng)他調(diào)整到其信道容量大過(guò)對(duì)方時(shí),,他就能夠整體上贏,;如果“主人”和“客人”雙方都在調(diào)整自己的習(xí)慣,那么,,他們最終將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,。

  3線(xiàn)性可分“非盲對(duì)抗”的抽象模型

  設(shè)黑客(X)共有n招來(lái)發(fā)動(dòng)攻擊,,即隨機(jī)變量X的取值共有n個(gè),不妨記為{x0,x1,…xn-1}={0,1,2,…,n-1},,這也是黑客的全部“武器庫(kù)”,。

  設(shè)紅客(Y)共有m招來(lái)抵抗攻擊,即隨機(jī)變量Y的取值共有m個(gè),,不妨記為{y0,y1,…ym-1}={0,1,2,…,m-1},,這也是紅客的全部“武器庫(kù)”。

  注意:在下面推導(dǎo)中,,將根據(jù)需要在“招xi,,yj”和“數(shù)i,j”之間等價(jià)地變換,即:xi=i,,yj=j,,其目的在于,既把問(wèn)題說(shuō)清楚,,又在形式上簡(jiǎn)化,。

  在非盲對(duì)抗中,每個(gè)黑客武器xi(i=0,1,…,n-1)和每個(gè)紅客武器yj(j=0,1,…,m-1)之間,,存在著一個(gè)紅黑雙方公認(rèn)的輸贏規(guī)則,,于是,一定存在2維數(shù)集{(i,j),0≤i≤n-1, 0≤j≤m-1}的某個(gè)子集H,,使得“xi勝yj”當(dāng)且僅當(dāng)(i,j)∈H,。如果這個(gè)子集H的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,那么,,我們就能夠構(gòu)造某個(gè)信道,,使得“黑客贏一次”等價(jià)于“1比特信息被成功地從該通信信道的發(fā)端傳輸?shù)搅耸斩恕保缓?,再利用著名的仙農(nóng)信道編碼定理即可,。比如:

  在“石頭剪刀布”游戲中,H={(i,j):0≤i,j≤2,,(j-i)mod3=2},;

  在“猜正反面”游戲中,H={(i,j):0≤i=j≤1},;

  在“手心手背”游戲中,,H={(i,j,k):0≤i≠j=k≤1};

  在“猜拳”游戲中,,H={(i,j):0≤i,j≤3,,(i-j)mod4=1};

  在“劃拳”游戲中,H={(x,y,f,g):0≤x,f≤5,;0≤g≠y≤10,;x+f=y}。

  在文獻(xiàn)[3,4]和本文中,,已經(jīng)針對(duì)以上各H構(gòu)造出了相應(yīng)的通信信道,。但是,對(duì)一般的H,,卻很難構(gòu)造出這樣的通信信道,,不過(guò),有一種特殊情況還是可以有所作為的,,即,,如果上面的集合H可以分解為H={(i,j):i=f(j), 0≤i≤n-1, 0≤j≤m-1}(即,H中第一個(gè)分量j是其第二個(gè)分量的某種函數(shù)),,那么,,我們就可以構(gòu)造一個(gè)隨機(jī)變量Z=f(Y)。然后,,考慮信道(X,;Z),,于是便有如下事件等式:

  如果在某個(gè)回合中,,黑客出擊的招是xi,而紅客應(yīng)對(duì)的招是yj,,那么:

  如果“黑客贏”,,則有i=f(j),也就是說(shuō),,此時(shí)信道(X,;Z)的輸出便是Z=f(yj)=f(j)=i=xi,即,,此時(shí)信道的輸出與輸入相同,,即1個(gè)比特被成功地從信道(X;Z)的輸入端發(fā)送到了輸出端,。

  反過(guò)來(lái),,如果“1個(gè)比特被成功地從信道(X;Z)的輸入端發(fā)送到了輸出端”,,那么,,此時(shí)就該有“輸入=輸出”,即“i=f(j)”,,這也就意味著“黑客贏”,。

  結(jié)合上述正反兩個(gè)方面,得到如下定理:

  定理3(線(xiàn)性非盲對(duì)抗極限定理):在“非盲對(duì)抗”中,設(shè)黑客X共有n種攻擊法{x0,x1,…xn-1}={0,1,2,…,n-1},;設(shè)紅客Y共有m種防御法{y0,y1,…ym-1}={0,1,2,…,m-1},,又設(shè)紅黑雙方約定的輸贏規(guī)則是:“xi勝yj”當(dāng)且僅當(dāng)(i,j)∈H。這里H是矩形集合{(i,j),0≤i≤n-1, 0≤j≤m-1}的某個(gè)子集,。

  如果H關(guān)于黑客X是線(xiàn)性的,,即,H可以表示為H={(i,j):i=f(j), 0≤i≤n-1, 0≤j≤m-1}(即,,H中第一個(gè)分量i是其第二個(gè)分量j的某種函數(shù)f(.)),,那么,便可以構(gòu)造一個(gè)信道(X,;Z),,其中Z=f(Y),使得若C是信道(X,;Z)的信道容量,,則有:

  (1)如果黑客想贏k次,,那么,,他一定有某種技巧(對(duì)應(yīng)于仙農(nóng)編碼),使得他能夠在k/C個(gè)回合中,,以任意接近1的概率達(dá)到目的,;

  (2)如果黑客在n個(gè)回合中贏了S次,則一定有S≤nC,。

  如果H關(guān)于紅客Y是線(xiàn)性的,,即,H可以表示為H={(i,j):j=g(i), 0≤i≤n-1, 0≤j≤m-1}(即,,H中第二個(gè)分量j是其第一個(gè)分量i的某種函數(shù)g(·)),,那么,便可以構(gòu)造一個(gè)信道(Y,;G),,其中G=g(X),使得若D是信道(Y,;G)的信道容量,,則有:

  (1)如果紅客想贏k次,,那么,,他一定有某種技巧(對(duì)應(yīng)于仙農(nóng)編碼),使得他能夠在k/D個(gè)回合中,,以任意接近1的概率達(dá)到目的;

 ?。?)如果紅客在n個(gè)回合中贏了S次,,則一定有S≤nD。

  4結(jié)束語(yǔ)

  “石頭剪刀布”,、“手心手背”,、“猜正反面”、“猜拳”和“劃拳”等游戲,,其實(shí)它們的輸贏規(guī)則集H都是線(xiàn)性可分的,,因此,它們?nèi)潜疚亩ɡ?(線(xiàn)性非盲對(duì)抗極限定理)的特例而已,。至于H為不可分情況,,相應(yīng)的信道構(gòu)造就無(wú)從下手了,這個(gè)問(wèn)題就作為公開(kāi)問(wèn)題,,留待今后解決吧,。

  為了加深大家的印象,我們對(duì)“盲對(duì)抗”和“非盲對(duì)抗”再做一些形象的描述:

  所謂“盲對(duì)抗”,,就是在每個(gè)攻防回合后,,攻防雙方都只知道自己的“自評(píng)結(jié)果”,而對(duì)敵方的“他評(píng)結(jié)果”一無(wú)所知,。像大國(guó)斗智,、戰(zhàn)場(chǎng)搏殺、網(wǎng)絡(luò)攻防,、諜報(bào)戰(zhàn)等比較慘烈的對(duì)抗,,通常都屬于“盲對(duì)抗”。這里的“盲”,,與是否面對(duì)面無(wú)關(guān),,比如,“兩潑婦互相罵街”就是典型的面對(duì)面的“盲對(duì)抗”,,因?yàn)椋肮シ健笔欠窳R到了“守方”的痛處,,只有“守方”自己才知道,,而且,被罵者通常還要極力掩蓋其痛處,,不讓“攻方”知道自己的弱點(diǎn)在哪,。當(dāng)然,“一群潑婦互相亂罵”,,更是盲對(duì)抗了,。

  所謂“非盲對(duì)抗”,就是在每個(gè)攻防回合后,,雙方都知道本回合的一致的“勝敗結(jié)果”,。比如,,像古老的“石頭剪刀布”游戲中,一旦雙方的手勢(shì)亮出后,,本回合的勝敗結(jié)果就一目了然,。像許多賭博游戲、體育競(jìng)技等項(xiàng)目都屬于“非盲對(duì)抗”,。家喻戶(hù)曉的童趣游戲“猜正反面游戲”,、“手心手背游戲”和本文中的“劃拳”和“劃拳”等,也都是“非盲對(duì)抗”,,只不過(guò),,在“手心手背游戲”中彼此對(duì)抗的人,不再是兩個(gè),,而是三個(gè),。

  更加形象地說(shuō),“潑婦罵架”是“盲對(duì)抗”,,但是,,“兩流氓打架”卻是“非盲對(duì)抗”了。因?yàn)?,人的身體結(jié)構(gòu)都相似,,被打的痛處在哪,誰(shuí)都知道,,而且結(jié)論也基本一致,,所以,“打架”是“非盲的”,,當(dāng)然,,“打群架”也是“非盲對(duì)抗”。但是,,人的心理結(jié)構(gòu)卻千差萬(wàn)別,,被罵的痛點(diǎn)會(huì)完全不同,所以,,“罵架”是“盲的”,。

  (致謝:本文中的“劃拳”和“猜拳”游戲,,由北京CA總經(jīng)理詹榜華博士提供,,特此致謝。)

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