One-Time Pad genopfundet for at gøre elektronisk kopiering umulig

Engangspuder er kryptografiens hellige gral - de er umulige at knække, selv i princippet.

De fungerer ved at tilføje et sæt tilfældige cifre til en besked og derved skabe en chiffertekst, der ser tilfældig ud for enhver aflytning. Modtageren afkoder beskeden ved at fjerne det samme sæt tilfældige cifre for at afsløre den originale besked.

Sikkerheden i denne proces afhænger af to faktorer. Den første er tilfældigheden af ​​de cifre, der udgør engangsblokken. Hvis denne nøgle virkelig er tilfældig, tilbyder den intet, som aflytteren kan bruge til at bryde koden. Selvom der er nogle potentielle faldgruber, er tilfældige cifre rimelig ligetil at generere i disse dage.

Den anden faktor er evnen til at holde denne nøgle hemmelig, så kun senderen og modtageren har adgang til den. Det er meget sværere at sikre.

Digital kommunikation i form af 0 s og en s gør kopiering trivielt. Når et sæt tilfældige cifre er gemt i en elektronisk hukommelse, er der altid en lille, men begrænset chance for, at det hurtigt kan kopieres og stjæles.

I dag siger Roarke Horstmeyer ved California Institute of Technology i Pasadena og et par venner, at de har løst dette problem. Deres løsning er baseret på en speciel slags engangspude, der genererer en tilfældig nøgle gennem kompleksiteten af ​​dens fysiske struktur.

I stedet for at oprette og gemme engangspuden som en tilfældig sekvens af 0 s og en s genererer Horstmeyer og co et tilfældigt signal ved at sende lys gennem en plade af diffust glas, der spreder det tilfældigt.

Systemets sikkerhed afhænger af glassets fysiske kompleksitet. Horstmeyer og co siger, at denne kompleksitet betyder, at der ikke er nogen måde for en aflytter, Eve, at kopiere glasset, uden at nogen bemærker det.

Det fjerner behovet for at opbevare nøglen elektronisk og fjerner fuldstændig denne sårbarhed over for kopiering. Vi beskriver et krypteret kommunikationsprincip, der kan danne en perfekt sikker forbindelse mellem to parter uden elektronisk at gemme nogen af ​​deres nøgler, siger de.

Og selvom Eve stjæler glasset, vurderer de, at det ville tage hende mindst 24 timer at udtrække relevant information om dets struktur.

Denne ekstraktion kan kun udføres ved at lede lys gennem glasset med en hastighed, der er begrænset af mængden af ​​varme, dette skaber (da enhver opvarmning ændrer materialets mikrostruktur). Og den tid, det tager, bør give ejerne nok tid til at indse, hvad der er sket, og tage de nødvendige afbødende foranstaltninger.

Protokollen for at sende hemmelige beskeder mellem Alice og Bob, siger, er ligetil. For at starte skal både Alice og Bob have deres egne plader af diffuserende glas og skal fysisk mødes for at skabe en nøgle til indkodning af en besked senere.

De skaber dette ved at sende det samme tilfældige mønster af lys gennem deres diffuserende plader og derefter tilføje resultaterne for at skabe en kombineret nøgle.

De udgiver derefter denne kombinerede nøgle og det mønster, der blev brugt til at skabe den.

For at sende en besked sender Alice mønsteret gennem sin plade for at generere hendes halvdel af nøglen og tilføjer det derefter til sin besked. Hun kan nu sende dette uden frygt for, at Eva kan afkode det.

Det er vigtigt at huske, at Alices tilfældige nøgle er en del af den offentligt tilgængelige. Men Eve kan ikke bruge den offentligt tilgængelige nøgle til at finde ud af, hvad Alices nøgle er.

Bob er nødt til at gennemgå et lidt anderledes sæt trin for at afkode denne cyphertext. Først efter at have modtaget cifferteksten tilføjer han den til den offentligt tilgængelige kombinerede nøgle.

Dernæst genskaber han sin egen komponent af den offentligt tilgængelige nøgle ved at sende det offentligt tilgængelige mønster gennem sin plade. Han tilføjer derefter dette til resultatet af det forrige trin for at afsløre beskeden.

Så længe begge diffuserende plader fysisk holdes af Alice og Bob, kan cifferteksten ikke afkodes af Eva.

Selvfølgelig kan denne proces kun bruges én gang. Men Alice og Bob kan generere en enorm mængde kombinerede nøgler ved at sende forskellige tilfældige mønstre gennem deres plader, når de mødes.

Horstmeyer og co har testet deres idé ved hjælp af en rumlig lysmodulator for at skabe tilfældige mønstre, som de derefter passerer gennem opalt diffuserende glas for at generere omkring 10 gigabits tilfældighed. De brugte derefter dette til at sende perfekt sikre beskeder og derved demonstrere nytten af ​​teknikken.

Ikke desto mindre burde forbedringer være mulige, siger de. For eksempel siger holdet, at systemet genererer en lille mængde støj forårsaget af den naturlige drift af spredere i glasset over tid. Men det er noget, der burde være muligt at rette med fejlkorrigerende koder.

Og det burde være muligt at generere en terabit af tilfældighed fra en enkelt kubikmillimeter diffuserende glas med udstyr med højere opløsning.

Og selvom det kun kan bruges én gang, kan pladerne nemt nulstilles ved at opvarme glasset for at ændre dets mikrostruktur, hvorefter Alice og Bob skal mødes igen for at skabe et nyt sæt kombinerede nøgler.

Det ser ud til at være en væsentlig forbedring i forhold til enhver form for kryptografi, der gemmer nøgler elektronisk og derfor er sårbar over for et elektronisk angreb, der kan kopiere digital information perfekt.

Sammenlignet med en stor, elektronisk gemt engangsblok, er [det nye systems] nøgle ekstremt udfordrende at kopiere eller modellere og kan nemt skaleres for at give terabits af gentagelig tilfældighed inden for et lille volumen, siger Horstmeyer og co.

De har store forhåbninger til denne tilgang: Vi håber, at de praktiske egenskaber ved optisk spredning kan løse nok af engangspudens praktiske mangler til at forynge interessen for dens ubrydelige sikkerhed, selv i nærvær af uendelige computerressourcer.

Hvad de mener er, at dette system skal være sikkert selv at angribe med fremtidige kvantecomputere.

Det er ikke noget, der kan siges om de koder, der almindeligvis bruges til at beskytte beskeder i dag. Med kvantecomputere, der nu begynder at udføre nogle seriøse beregninger, må enhver, der stadig bruger disse koder, miste en betydelig mængde søvn.

Ref: arxiv.org/abs/1305.3886 : Fysisk nøglebeskyttet engangspude

skjule