Vienreizējs paliktnis, kas no jauna izgudrots, lai padarītu neiespējamu elektronisku kopēšanu

Vienreizējie paliktņi ir kriptogrāfijas svētais grāls — tos pat principā nav iespējams uzlauzt.

Tie darbojas, ziņojumam pievienojot nejaušu ciparu kopu, tādējādi izveidojot šifrētu tekstu, kas jebkuram noklausītājam šķiet nejaušs. Uztvērējs atšifrē ziņojumu, atņemot to pašu nejaušo ciparu kopu, lai atklātu sākotnējo ziņojumu.

Šī procesa drošība ir atkarīga no diviem faktoriem. Pirmais ir to ciparu nejaušība, kas veido vienreizējo spilventiņu. Ja šī atslēga patiešām ir nejauša, tā nepiedāvā neko, ko noklausītājs var izmantot, lai uzlauztu kodu. Lai gan pastāv dažas iespējamās nepilnības, mūsdienās ir diezgan vienkārši ģenerēt nejaušus ciparus.

Otrs faktors ir iespēja saglabāt šo atslēgu noslēpumā, lai tai būtu pieeja tikai raidītājam un uztvērējam. To ir daudz grūtāk nodrošināt.

Digitālā komunikācija formā 0 smiltis viens s padara kopēšanu triviālu. Ikreiz, kad nejaušu ciparu kopa tiek saglabāta elektroniskajā atmiņā, vienmēr pastāv neliela, bet ierobežota iespēja, ka to var ātri nokopēt un nozagt.

Šodien Roarke Horstmeyer no Kalifornijas Tehnoloģiju institūta Pasadenā un daži draugi saka, ka ir atrisinājuši šo problēmu. Viņu risinājums ir balstīts uz īpaša veida vienreizēju spilventiņu, kas ģenerē nejaušu atslēgu, ņemot vērā tās fiziskās struktūras sarežģītību.

Tā vietā, lai izveidotu un saglabātu vienreizējo spilventiņu kā nejaušu secību 0 smiltis viens s, Horstmeyer un co ģenerē nejaušu signālu, izlaižot gaismu cauri izkliedējoša stikla plāksnei, kas to nejauši izkliedē.

Sistēmas drošība ir atkarīga no stikla fiziskās sarežģītības. Horstmeijers un kolēģi saka, ka šī sarežģītība nozīmē, ka noklausītājai Ievai nav iespējas kopēt stiklu, nevienam nepamanot.

Tas novērš nepieciešamību uzglabāt atslēgu elektroniski un pilnībā novērš šo kopēšanas ievainojamību. Mēs aprakstām šifrētu saziņas principu, kas var izveidot perfekti drošu saikni starp divām pusēm, elektroniski nesaglabājot nevienu no viņu atslēgām, viņi saka.

Un pat tad, ja Ieva nozog stiklu, viņi lēš, ka viņai būtu vajadzīgas vismaz 24 stundas, lai iegūtu jebkādu būtisku informāciju par tā struktūru.

Šo ekstrakciju var veikt, tikai izlaižot gaismu caur stiklu ar ātrumu, ko ierobežo tā radītā siltuma daudzums (jo jebkura karsēšana maina materiāla mikrostruktūru). Un tam nepieciešamajam laikam vajadzētu dot īpašniekiem pietiekami daudz laika, lai saprastu, kas noticis, un veiktu nepieciešamās seku mazināšanas darbības.

Protokols slepenu ziņojumu sūtīšanai starp Alisi un Bobu, teiksim, ir vienkāršs. Lai sāktu, gan Alisei, gan Bobam ir jābūt savām izkliedējošā stikla plāksnēm un fiziski jāsatiekas, lai izveidotu atslēgu ziņojuma kodēšanai vēlāk.

Viņi to izveido, nosūtot to pašu nejaušu gaismas modeli caur savām izkliedējošām plāksnēm un pēc tam pievienojot rezultātus, lai izveidotu kombinētu atslēgu.

Pēc tam viņi publicē šo kombinēto atslēgu un tās izveidošanai izmantoto modeli.

Lai nosūtītu ziņojumu, Alise nosūta modeli caur savu plāksni, lai ģenerētu savu atslēgas pusi, un pēc tam pievieno to savam ziņojumam. Tagad viņa var to nosūtīt, nebaidoties, ka Ieva var to atšifrēt.

Ir svarīgi atcerēties, ka Alises izlases atslēga ir publiski pieejamās atslēgas sastāvdaļa. Taču Ieva nevar izmantot publiski pieejamo atslēgu, lai noskaidrotu, kas ir Alises atslēga.

Bobam ir jāveic nedaudz atšķirīgas darbības, lai atšifrētu šo šifrēto tekstu. Pirmkārt, saņēmis šifrētu tekstu, viņš pievieno to publiski pieejamajai kombinētajai atslēgai.

Pēc tam viņš no jauna izveido savu publiski pieejamās atslēgas komponentu, nosūtot publiski pieejamo modeli caur savu plāksni. Pēc tam viņš pievieno to iepriekšējās darbības rezultātam, lai atklātu ziņojumu.

Kamēr abas izkliedējošās plāksnes fiziski tur Alise un Bobs, Ieva nevar atšifrēt šifrēto tekstu.

Protams, šo procesu var izmantot tikai vienu reizi. Taču Alise un Bobs var ģenerēt milzīgu daudzumu kombinētu atslēgu, izlaižot dažādus nejaušus modeļus savās plāksnēs, kad viņi satiekas.

Horstmeyer un co ir pārbaudījuši savu ideju, izmantojot telpisko gaismas modulatoru, lai izveidotu nejaušus modeļus, kurus tie pēc tam izlaiž caur opālu izkliedējošu stiklu, lai radītu aptuveni 10 gigabitus nejaušības. Pēc tam viņi to izmantoja, lai nosūtītu pilnīgi drošus ziņojumus, tādējādi demonstrējot tehnikas lietderību.

Tomēr uzlabojumi ir iespējami, viņi saka. Piemēram, komanda saka, ka sistēma rada nelielu trokšņa daudzumu, ko izraisa dabiskā izkliedētāju novirze stiklā laika gaitā. Bet to vajadzētu būt iespējai labot ar kļūdu labošanas kodiem.

Un vajadzētu būt iespējai ģenerēt nejaušības terabitu no viena kubikmilimetra izkliedējošā stikla ar augstākas izšķirtspējas aprīkojumu.

Un pat domājot, ka to var izmantot tikai vienu reizi, plāksnes var viegli atiestatīt, sildot stiklu, lai mainītu tā mikrostruktūru, un tad Alisei un Bobam atkal jāsatiekas, lai izveidotu jaunu kombinēto atslēgu komplektu.

Šķiet, ka tas ir būtisks uzlabojums salīdzinājumā ar jebkāda veida kriptogrāfiju, kurā atslēgas tiek glabātas elektroniski un tāpēc ir neaizsargātas pret elektronisku uzbrukumu, kas var nevainojami kopēt digitālo informāciju.

Salīdzinot ar lielu, elektroniski saglabātu vienreizēju bloku, [jaunās sistēmas] taustiņu ir ārkārtīgi grūti kopēt vai modelēt, un to var viegli mērogot, lai nelielā apjomā nodrošinātu atkārtojamu nejaušību terabitus, saka Horstmeijers un citi.

Viņi saista lielas cerības uz šo pieeju: mēs ceram, ka optiskās izkliedes ērtās īpašības var atrisināt pietiekami daudz vienreizējās paliktņa praktisko trūkumu, lai atjaunotu interesi par tā nesalaužamo drošību pat bezgalīgu skaitļošanas resursu klātbūtnē.

Tas nozīmē, ka šai sistēmai jābūt drošai pat uzbrukumiem ar nākotnes kvantu datoriem.

To nevar teikt par kodiem, ko mūsdienās parasti izmanto ziņojumu aizsardzībai. Tā kā kvantu datori tagad sāk veikt nopietnus aprēķinus, ikvienam, kas joprojām izmanto šos kodus, ir jāzaudē ievērojams miega daudzums.

Atsauce: arxiv.org/abs/1305.3886 : ar fizisku atslēgu aizsargāts vienreizējs paliktnis

paslēpties