By Kenna Hughes-Castleberry gepostet am 01
Der „Journal Club“ von IQT ist eine wöchentliche Artikelserie, die eine aktuelle Forschungsarbeit zur Quantentechnologie aufschlüsselt und deren Auswirkungen auf das Quantenökosystem diskutiert. Dieser Artikel hebt einen kürzlich veröffentlichten Artikel hervor, der in veröffentlicht wurde IET Quantenkommunikation, wo Forscher an verschiedenen Instituten in Portugal Methoden untersuchten, um quantensichere Privatsphäre für Straßenverkehrssysteme zu gewährleisten.
Im sich schnell entwickelnden Bereich der Fahrzeugnetzwerke wie Mautstraßen, Verkehrsmanagement-Kamerasysteme und Parkstrukturen ist die Gewährleistung von Privatsphäre und Sicherheit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer effizienten Kommunikation von größter Bedeutung. Bei einem Hackerangriff könnten diese kompromittierten Systeme zu mehr Verkehrsunfällen, dem Verlust persönlicher Daten und vielem mehr führen.
Bisherige Sicherheitsmaßnahmen – Umstellung auf Quantum
Viele Forscher haben sich mit der Integration von Secure Multiparty Computation befasst (SMC), ein kryptografisches Tool, das eine Berechnung auf viele verschiedene Maschinen in diesen Netzwerken verteilt. SMC scheint vielversprechend zu sein und ermöglicht es Fahrzeugen, Daten auszutauschen und zu verarbeiten, ohne die Privatsphäre des Einzelnen zu beeinträchtigen. Traditionelle SMC-Implementierungen stehen jedoch vor erheblichen Herausforderungen in Bezug auf Effizienz und Sicherheit, insbesondere angesichts der Bedrohungen durch Quantencomputer.
Um diese potenziellen Probleme anzugehen, untersuchen Forscher verschiedener portugiesischer Institute die Nutzung von Quantenkommunikationstechnologien – Quantenschlüsselverteilung (QKD) und Quantum Oblivious Key Distribution – um die Sicherheit und Effizienz von SMC in Fahrzeugnetzwerken zu stärken. Ihre Ergebnisse waren veröffentlicht vor kurzem in IET Quantenkommunikation.
Quantenmechanik zur Verbesserung der Privatsphäre
Die Forscher schlugen vor, Quantum Key Distribution (QKD) und Quantum Oblivious Key Distribution als Rückgrat ihres Systems zu nutzen und eine Möglichkeit zu bieten, die „Schlüssel“, die zum Ver- und Entschlüsseln von Nachrichten verwendet werden, so zu verteilen, dass nur die vorgesehenen Parteien sie verstehen können . Diese Quantentechnologien nutzen die besonderen Eigenschaften von Quantenzuständen, die empfindlich auf Abhörversuche reagieren. Jeder Versuch, diese Quantenschlüssel abzufangen oder zu messen, verändert ihren Zustand und offenbart die Anwesenheit eines Eindringlings. Dadurch wird sichergestellt, dass jeder Schlüsselaustausch grundsätzlich sicher ist und die Kommunikation zwischen Fahrzeugen nicht nur verschlüsselt, sondern auch manipulationssicher ist.
Durch die Integration dieser Quantenschlüssel in das Faster Malicious Arithmetic Secure Computation with Oblivious Transfer (MASCOT)-Protokoll entwickelte das Team die QSMC-Plattform. MASCOT, ein Protokoll, das für sichere Berechnungen über ein Netzwerk entwickelt wurde, wurde an die Arbeit innerhalb dieses Quantenrahmens angepasst und ermöglicht es Fahrzeugen, gemeinsam komplexe Berechnungen durchzuführen – beispielsweise die Bestimmung des optimalen Zeitpunkts für einen Spurwechsel –, ohne ihre individuellen Daten gegenseitig preiszugeben.
Die Forscher betonen, dass dieser innovative Ansatz bedingungslose Sicherheit gegen Quantencomputerangriffe gewährleistet und die Kommunikationskosten bei einem Spurwechsel-Anwendungsfall drastisch um 97 % senkt, allerdings mit einem Anstieg der Rechenkosten um 42 %. Dieser Kompromiss ist insbesondere in Open-Space-Szenarien gerechtfertigt, in denen die Einsparung von Bandbreite von entscheidender Bedeutung ist und dadurch den Anstieg der Rechenanforderungen überschattet.
Dieses quantenbasierte SMC-Framework könnte den Weg für eine neue Ära der Zusammenarbeit zwischen Fahrzeugen ebnen, indem es die Datenschutz- und Sicherheitshürden überwindet, die die Fahrzeugkommunikation seit langem geplagt haben. Mit diesem neuen Rahmen könnten Anwendungen von Verkehrsmanagement und Carsharing bis hin zu Kollisionswarnungen mit einem beispiellosen Maß an Privatsphäre und Sicherheit implementiert werden.
Quantum Plus SMC geht über Fahrzeuge hinaus
Die nachgewiesenen Effizienz- und Sicherheitsvorteile von Quantenkommunikationstechnologien in SMC-Anwendungen verdeutlichen das transformative Potenzial von Quantenfortschritten in verschiedenen Bereichen, insbesondere in anderen Reisemanagementbereichen wie Versandstationen, Supply Chain Management und mehr. Mit zunehmender Reife des Quantencomputings könnte die Integration von Quantentechnologien zur Sicherung und Optimierung von Mehrparteienberechnungen Datenschutz- und Sicherheitsstandards in zahlreichen Bereichen neu definieren.
Kenna Hughes-Castleberry ist geschäftsführende Redakteurin bei Inside Quantum Technology und Wissenschaftskommunikatorin bei JILA (einer Partnerschaft zwischen der University of Colorado Boulder und NIST). Zu ihren schriftstellerischen Schwerpunkten zählen Deep Tech, Quantencomputing und KI. Ihre Arbeiten wurden unter anderem in National Geographic, Scientific American, Discover Magazine, New Scientist und Ars Technica vorgestellt.
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- Quelle: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/iqts-journal-club-establishing-quantum-secure-privacy-for-road-traffic-networks/
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