Jednorazowy pad wynaleziony na nowo, aby uniemożliwić elektroniczne kopiowanie

Jednorazowe bloczki są świętym Graalem kryptografii — są nie do złamania, nawet w zasadzie.

Działają, dodając zestaw losowych cyfr do wiadomości, tworząc w ten sposób tekst zaszyfrowany, który wygląda losowo dla każdego podsłuchującego. Odbiorca dekoduje wiadomość, usuwając ten sam zestaw losowych cyfr, aby odsłonić oryginalną wiadomość.

Bezpieczeństwo tego procesu zależy od dwóch czynników. Pierwszym z nich jest losowość cyfr, które składają się na jednorazową podkładkę. Jeśli ten klucz jest naprawdę losowy, nie oferuje niczego, czego podsłuchujący nie może użyć do złamania kodu. Chociaż istnieją pewne potencjalne pułapki, losowe cyfry są obecnie dość proste do wygenerowania.

Drugim czynnikiem jest możliwość zachowania tego klucza w tajemnicy, tak aby tylko nadajnik i odbiornik miały do ​​niego dostęp. To znacznie trudniejsze do zapewnienia.

Komunikacja cyfrowa w postaci 0 s i jeden s sprawia, że ​​kopiowanie staje się banalne. Za każdym razem, gdy zestaw losowych cyfr jest przechowywany w pamięci elektronicznej, zawsze istnieje niewielka, ale ograniczona szansa, że ​​można go szybko skopiować i ukraść.

Dzisiaj Roarke Horstmeyer z California Institute of Technology w Pasadenie i kilku kumpli twierdzą, że rozwiązali ten problem. Ich rozwiązanie opiera się na specjalnym rodzaju jednorazowej podkładki, która poprzez złożoność swojej fizycznej struktury generuje losowy klucz.

Zamiast tworzyć i przechowywać jednorazowy pad jako losową sekwencję 0 s i jeden s, Horstmeyer i co generują losowy sygnał, przepuszczając światło przez płytę szkła rozpraszającego, która rozprasza je losowo.

Bezpieczeństwo systemu zależy od fizycznej złożoności szkła. Horstmeyer i spółka twierdzą, że ta złożoność oznacza, że ​​podsłuchiwacz, Eve, nie może skopiować szkła tak, by nikt tego nie zauważył.

Eliminuje to potrzebę elektronicznego przechowywania klucza i całkowicie eliminuje tę podatność na kopiowanie. Mówią, że opisujemy zasadę szyfrowanej komunikacji, która może tworzyć doskonale bezpieczne połączenie między dwiema stronami bez elektronicznego zapisywania ich kluczy

I nawet jeśli Ewa ukradnie szkło, szacują, że wydobycie istotnych informacji o jego strukturze zajmie jej co najmniej 24 godziny.

Ta ekstrakcja może być wykonana tylko poprzez przepuszczanie światła przez szkło z szybkością, która jest ograniczona przez ilość wytwarzanego ciepła (ponieważ każde ogrzewanie zmienia mikrostrukturę materiału). A czas, który to zajmuje, powinien dać właścicielom wystarczająco dużo czasu na uświadomienie sobie, co się stało i podjęcie niezbędnych działań łagodzących.

Protokół wysyłania tajnych wiadomości między Alicją i Bobem, powiedzmy, jest prosty. Na początek zarówno Alicja, jak i Bob muszą mieć własne płyty ze szkła rozpraszającego i muszą się fizycznie spotkać, aby utworzyć klucz do późniejszego zakodowania wiadomości.

Tworzą to, wysyłając ten sam losowy wzór światła przez swoje płyty rozpraszające, a następnie dodając wyniki, aby stworzyć połączony klucz.

Następnie publikują ten połączony klucz i wzorzec użyty do jego utworzenia.

Aby wysłać wiadomość, Alicja wysyła wzór przez swoją płytę, aby wygenerować swoją połowę klucza, a następnie dodaje ją do swojej wiadomości. Teraz może to wysłać bez obawy, że Ewa może to rozszyfrować.

Należy pamiętać, że losowy klucz Alicji jest składnikiem klucza dostępnego publicznie. Ale Ewa nie może użyć publicznie dostępnego klucza, aby ustalić, czym jest klucz Alicji.

Bob musi wykonać nieco inny zestaw kroków, aby rozszyfrować ten zaszyfrowany tekst. Najpierw, po otrzymaniu zaszyfrowanego tekstu, dodaje go do publicznie dostępnego klucza kombinowanego.

Następnie odtwarza swój własny składnik publicznie dostępnego klucza, wysyłając publicznie dostępny wzorzec przez swoją płytę. Następnie dodaje to do wyniku poprzedniego kroku, aby odsłonić wiadomość.

Dopóki obie płyty rozpraszające są fizycznie trzymane przez Alicję i Boba, szyfrogram nie może zostać odszyfrowany przez Ewę.

Oczywiście ten proces może być użyty tylko raz. Ale Alice i Bob mogą wygenerować ogromną liczbę połączonych kluczy, przepuszczając różne losowe wzory przez ich płyty, gdy się spotykają.

Horstmeyer i spółka przetestowali swój pomysł przy użyciu przestrzennego modulatora światła, aby stworzyć losowe wzory, które następnie przechodzą przez opalizujące szkło rozpraszające, aby wygenerować około 10 gigabitów losowości. Następnie wykorzystali to do wysyłania doskonale bezpiecznych wiadomości, demonstrując w ten sposób użyteczność tej techniki.

Niemniej jednak ulepszenia powinny być możliwe, mówią. Zespół twierdzi na przykład, że system generuje niewielki hałas spowodowany naturalnym dryfem rozpraszaczy w szkle w miarę upływu czasu. Ale to jest coś, co powinno być możliwe do naprawienia za pomocą kodów korygujących błędy.

I powinno być możliwe wygenerowanie terabita losowości z jednego milimetra sześciennego szkła dyfuzyjnego za pomocą sprzętu o wyższej rozdzielczości.

I chociaż można tego użyć tylko raz, płyty można łatwo zresetować, podgrzewając szkło, aby zmienić jego mikrostrukturę, w którym to momencie Alice i Bob muszą się ponownie spotkać, aby stworzyć nowy zestaw połączonych kluczy.

Wygląda na to, że jest to znacząca poprawa w stosunku do wszelkiego rodzaju kryptografii, która przechowuje klucze elektronicznie i dlatego jest podatna na atak elektroniczny, który może doskonale kopiować informacje cyfrowe.

W porównaniu z dużym, zapisanym elektronicznie, jednorazowym padem, klucz [nowego systemu] jest niezwykle trudny do skopiowania lub modelowania i można go łatwo skalować, aby zapewnić terabity powtarzalnej losowości w małej objętości, mówią Horstmeyer i spółka.

Wiążą się z tym podejściem duże nadzieje: mamy nadzieję, że wygodne właściwości rozpraszania optycznego rozwiążą wystarczająco dużo praktycznych niedociągnięć jednorazowych nakładek, aby odmłodzić zainteresowanie jego niezniszczalnym bezpieczeństwem, nawet w obecności nieskończonych zasobów obliczeniowych.

Mają na myśli to, że ten system powinien być bezpieczny nawet przed atakami przyszłymi komputerami kwantowymi.

To nie jest coś, co można powiedzieć o kodach powszechnie używanych dzisiaj do ochrony wiadomości. Ponieważ komputery kwantowe zaczynają teraz wykonywać poważne obliczenia, każdy, kto nadal używa tych kodów, musi tracić znaczną ilość snu.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1305.3886 : Jednorazowa podkładka chroniona kluczem fizycznym

ukryć