Verdens første hemmelige kommunikationssystem med camouflage garanteret

Kryptografiens verden har gennemgået en stille revolution i de senere år. Det er i høj grad på grund af fremkomsten af ​​teknikker, der udnytter kvantemekanikkens love til at sende beskeder med perfekt privatliv. Såkaldt kvantekryptografi sikrer, at en aflytning ikke kan afkode en besked under garanti af fysikkens love.

Men nogle gange er perfekt privatliv ikke nok. Nogle gange er viden om, at en besked er blevet sendt, alt, hvad en modstander har brug for. Så spørgsmålet opstår om, hvordan man skjuler en besked, så en aflytning ikke kan se, om den er sendt eller ej.

Disciplinen, kendt som steganografi eller skjult kommunikation, er lige så gammel som dens kryptografiske fætter, men har fået meget mindre opmærksomhed i de seneste år. Men det ændrer sig i dag takket være arbejdet fra Boulat Bash ved University of Massachusetts i Amherst og et par venner, der har fundet ud af, hvordan man camouflerer beskeder på en måde, der er garanteret matematisk.

Og de har omsat deres ideer i praksis med en demonstration af principperne. Vi har bygget det første operationelle system, der giver matematisk bevist skjult kommunikation over en fysisk kanal, siger de.

Teknikken er forholdsvis ligetil, idet den er afhængig af en kommunikationsmetode kendt som pulspositionsmodulation. Dette opdeler hvert sekund (eller anden tidsenhed) i et antal tidsbånd, som hver svarer til et symbol. Alice sender en besked til Bob ved at sende impulser under bånd, der svarer til det påkrævede symbol, som Bob derefter slår op i den rækkefølge, han modtager dem.

Der er selvfølgelig en vigtig advarsel. Dette system kræver, at afsender og modtager er enige om båndstrukturen og de symboler, de henviser til. Og det skal ske på forhånd i hemmelighed.

Dette giver Alice og Bob mulighed for at sende krypterede beskeder (hvis længden afhænger af længden af ​​de oplysninger, der deles på forhånd).

Spørgsmålet er, hvordan man skjuler disse oplysninger. Og svaret er åbenlyst. Bash og co antager, at beskeden sendes ved hjælp af fotoner, og at omgivelserne leverer en vis mængde støj, som deres signal camoufleres imod. For eksempel antager de, at fotondetektorer ikke er perfekte og derfor altid producerer et vist antal mørketællinger, hvor de registrerer en foton uden at modtage en.

Bash og cos fokus er på at beregne antallet af signalerende fotoner, der kan sendes i dette støjende miljø, mens de garanterer, at en aflytning ikke kan skelne dem fra baggrunden. Dette er muligt, fordi observatøren (Willie, som Bash og co kalder ham) ikke ved, hvornår signalimpulserne sendes og altid registrerer yderligere støjende fotoner, som yderligere forvirrer sagen.

Gennembruddet er at vise, at beskeden altid kan camoufleres med en vilkårlig sandsynlighed for detektion, forudsat at støjen er inden for visse grænser. Bash og co viser, at dette er sandt, selv når Willie samler alle de fotoner, som Bob ikke modtager.

Med andre ord kan Alice og Bob vælge hemmeligholdelsen af ​​deres besked på forhånd. Og selvom de ikke kan vælge perfekt hemmelighedskræmmeri, kan de komme så tæt på det, som de vil. Så Alice og Bob kan vælge en lavere bithastighed for meddelelser, som de ønsker en lavere chance for at blive opdaget for.

For at bevise levedygtigheden af ​​deres ordning har Bash og co bygget og testet en prototype, der sender beskeder via en optisk fiber. Alice transmitterer pulserne, og en stråledeler i den anden ende sikrer, at Willie samler alle de fotoner, der ikke rejser til Bob.

Og eksperimentet fungerer godt. Vi demonstrerede, at beviseligt skjult optisk kommunikation praktisk talt kan opnås, siger Bash og co.

Det burde have nogle interessante applikationer. Men hvem der kunne være interesseret i sådan skjult kommunikation, siger Bash og co ikke. Forslag venligst i kommentarfeltet.

Ref: arxiv.org/abs/1404.7347 : Skjult optisk kommunikation

skjule