Μια νέα μέθοδος κβαντικής κρυπτογράφησης θα μπορούσε να εμποδίζει την αξιόπιστη αντιγραφή και ανάγνωση του ίδιου κρυπτοκειμένου από δύο διαφορετικούς παραλήπτες, ακόμη και αν εκείνοι αποκτήσουν αργότερα το μυστικό κλειδί. Οι Prabhanjan Ananth του UC Santa Barbara και Amit Sahai του UCLA παρουσίασαν στο arXiv ένα αποδοτικό σχήμα για μήνυμα ενός bit, αξιοποιώντας το κβαντικό θεώρημα της μη κλωνοποίησης. Η εργασία στοχεύει ειδικά σε επιθέσεις κατά τις οποίες ένας υποκλοπέας μοιράζει τα δεδομένα σε δύο συνεργούς, επιχειρώντας να δημιουργήσει δύο χρήσιμα αντίγραφα.
- Η μέθοδος κρυπτογραφεί ένα bit, δηλαδή την τιμή 0 ή 1, σε κβαντικό κρυπτοκείμενο.
- Η προστασία βασίζεται στο θεώρημα της μη κλωνοποίησης άγνωστων κβαντικών καταστάσεων.
- Η πιθανότητα να ανακτήσουν σωστά το bit και οι δύο επιτιθέμενοι πλησιάζει το 50% όσο αυξάνονται οι κβαντικές καταστάσεις.
- Η εργασία δημοσιεύθηκε ως προδημοσίευση στο arXiv.
Το μυστικό bit διαμοιράζεται σε κβαντικές καταστάσεις
Στη συμβατική ψηφιακή ασφάλεια, ένα αρχείο μπορεί να αντιγραφεί απεριόριστα χωρίς να αλλάξει. Η προστασία του περιεχομένου βασίζεται συνήθως σε μαθηματικά προβλήματα που απαιτούν πολύ μεγάλους υπολογιστικούς πόρους για να λυθούν χωρίς το κατάλληλο κλειδί. Επομένως, η ασφάλεια εξαρτάται από το πόσο δύσκολος παραμένει ο υπολογισμός για έναν αντίπαλο.
Η προτεινόμενη κβαντική κρυπτογράφηση ακολουθεί διαφορετική λογική. Ο αποστολέας χρησιμοποιεί ένα μυστικό ψηφιακό κλειδί για να κατανείμει την κρυμμένη τιμή 0 ή 1 σε μια σειρά κβαντικών καταστάσεων. Όταν αυτές μετρηθούν μαζί με τον προβλεπόμενο τρόπο, ο παραλήπτης που διαθέτει το ίδιο κλειδί μπορεί να ανακτήσει το μήνυμα.
Η κρίσιμη διαφορά είναι ότι μια άγνωστη κβαντική κατάσταση δεν μπορεί να αντιγραφεί τέλεια, όπως προβλέπει το θεώρημα της μη κλωνοποίησης.
Αν ένας υποκλοπέας προσπαθήσει να χωρίσει τα δεδομένα και να τα στείλει σε δύο συνεργούς, η ίδια η απόπειρα επηρεάζει την κβαντική πληροφορία. Σύμφωνα με τους ερευνητές, ακόμη και αν οι δύο πλευρές λάβουν στη συνέχεια το κλειδί, δεν μπορούν να ανακτήσουν και οι δύο αξιόπιστα το αρχικό bit.
Η επιτυχία των δύο επιτιθέμενων πλησιάζει την τυχαία μαντεψιά
Οι Ananth και Sahai έδειξαν ότι, καθώς χρησιμοποιούνται περισσότερες κβαντικές καταστάσεις, η πιθανότητα να αναγνωρίσουν σωστά το κρυμμένο bit και οι δύο συνεργοί πλησιάζει το 50%, δηλαδή τις πιθανότητες μιας τυχαίας επιλογής μεταξύ 0 και 1. Οι συγγραφείς χαρακτηρίζουν το σχήμα «εκθετικά ασφαλές», επειδή η προστασία ενισχύεται με κάθε πρόσθετη κβαντική κατάσταση.
Αυτό σημαίνει ότι η κλοπή του κρυπτοκειμένου και η μεταγενέστερη απόκτηση του κλειδιού δεν αρκούν, στο συγκεκριμένο θεωρητικό σχήμα, για τη δημιουργία δύο αξιόπιστων αντιγράφων του μηνύματος.
Η μελέτη επιχειρεί επίσης να αντιμετωπίσει περιορισμούς προηγούμενων κβαντικών μεθόδων, τις οποίες οι ερευνητές θεωρούσαν υπερβολικά αργές ή δύσχρηστες. Οι ίδιοι αναφέρουν ότι το νέο σχήμα προσφέρει αποδοτική, εφάπαξ και πληροφοριοθεωρητικά ασφαλή μη κλωνοποιήσιμη κρυπτογράφηση.
Η προδημοσίευση δεν ισοδυναμεί με έτοιμη εφαρμογή
Το αποτέλεσμα αφορά προς το παρόν μήνυμα ενός μόνο bit και παρουσιάζεται σε προδημοσίευση με τίτλο «Unconditional Unclonable Encryption» στο arXiv, με DOI 10.48550/arxiv.2607.21551. Το arXiv επιτρέπει στους ερευνητές να δημοσιοποιούν εργασίες πριν από την ολοκλήρωση της συνήθους επιστημονικής αξιολόγησης, επομένως η ανάρτηση δεν αποτελεί από μόνη της απόδειξη ότι υπάρχει έτοιμο σύστημα για καθημερινή χρήση.
Για τους χρήστες ψηφιακών υπηρεσιών, από τις ηλεκτρονικές πληρωμές έως την ανταλλαγή ευαίσθητων δεδομένων, η σημασία είναι δυνητική και όχι άμεση. Αν η αρχή επεκταθεί σε μεγαλύτερα μηνύματα και πρακτικές υποδομές, θα μπορούσε να προσθέσει μια φυσική απαγόρευση αντιγραφής εκεί όπου σήμερα η ασφάλεια στηρίζεται κυρίως στη δυσκολία μαθηματικών υπολογισμών.
Θα εμπιστευόσασταν περισσότερο μια ψηφιακή υπηρεσία αν το κρυπτογραφημένο μήνυμά της δεν μπορούσε να αντιγραφεί αξιόπιστα; Μοιραστείτε την άποψή σας.
