कॉस्मिक-रे म्यूऑन क्रिप्टोग्राफी सिस्टम बनाने के लिए प्रयोग किया जाता है

पृथ्वी की सतह पर कॉस्मिक-किरण म्यूऑन के यादृच्छिक आगमन समय का उपयोग गोपनीय संदेशों को एनकोड और डीकोड करने के लिए किया जा सकता है - के अनुसार हिरोयुकी तनाका टोक्यो विश्वविद्यालय में. उनका दावा है कि नई योजना अन्य क्रिप्टोग्राफ़िक प्रणालियों की तुलना में अधिक सुरक्षित है क्योंकि इसमें संदेश भेजने वाले और प्राप्तकर्ता को गुप्त कुंजी का आदान-प्रदान करने की आवश्यकता नहीं होती है। प्रयोगशाला में प्रौद्योगिकी के महत्वपूर्ण पहलुओं की पुष्टि करने के बाद, उनका मानना ​​है कि यह कार्यालयों, डेटा केंद्रों और निजी घरों में कम दूरी पर उपयोग के लिए व्यावसायिक रूप से प्रतिस्पर्धी होगी।

क्रिप्टोग्राफ़िक प्रोटोकॉल में एक गुप्त कुंजी उत्पन्न करना और वितरित करना शामिल होता है जिसका उपयोग संदेशों को एन्क्रिप्ट और डिक्रिप्ट करने के लिए किया जाता है। आज, आमतौर पर उपयोग की जाने वाली क्रिप्टोग्राफी प्रणालियों को बहुत बड़ी संख्या के अभाज्य कारकों को खोजने की क्षमता वाले लोग क्रैक कर सकते हैं। पारंपरिक कंप्यूटरों का उपयोग करके ऐसा करना बेहद कठिन है लेकिन भविष्य के क्वांटम कंप्यूटरों का उपयोग करके यह बहुत आसान काम होना चाहिए।

इस खतरे से निपटने के विकल्पों में से एक स्वयं क्वांटम है - हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता सिद्धांत का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए कि कोई भी गुप्तचर प्रक्रिया में अपनी उपस्थिति का खुलासा किए बिना चाबी चुरा नहीं सकता है।

क्वांटम दोष

हालाँकि, इस "क्वांटम कुंजी वितरण" में भी खामियाँ हैं। वैज्ञानिकों ने दिखाया है कि एन्क्रिप्शन हार्डवेयर में कमजोरियों का फायदा उठाना संभव है, जैसे एकल-फोटॉन डिटेक्टरों पर चमकदार रोशनी चमकाने से उन्हें शास्त्रीय उपकरणों में बदल दिया जा सकता है। कुंजी बिट्स का पता लगाने के लिए किसी तीसरे पक्ष (जिसे भरोसेमंद होने की आवश्यकता नहीं है) का उपयोग करके इस विशेष समस्या से बचा जा सकता है, लेकिन यह व्यवस्था सीधे दो-पक्षीय एन्क्रिप्शन की तुलना में अधिक महंगी है।

तनाका का नया प्रस्ताव यादृच्छिकता के प्राकृतिक और कभी-मौजूदा संसाधन: कॉस्मिक-रे म्यूऑन की ओर मुड़कर सुनने वालों को हराने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कॉस्मिक किरणें, जो मुख्य रूप से प्रोटॉन हैं, गहरे अंतरिक्ष से पृथ्वी पर बरसती हैं और वायुमंडल में नाभिकों से टकराने पर पियोन और अन्य कणों की बौछार उत्पन्न करती हैं। वे पायन फिर म्यूऑन में विघटित हो जाते हैं, जो इलेक्ट्रॉन के भारी संस्करण होते हैं। ये म्यूऑन पृथ्वी की सतह पर एक-दूसरे से पूरी तरह स्वतंत्र रूप से टकराते हैं और बड़ी मात्रा में ठोस पदार्थों से गुजरने में सक्षम होते हैं, जबकि सामग्रियों को आयनित करके अपनी ऊर्जा का केवल एक छोटा सा हिस्सा खो देते हैं।

विचार यह है कि संदेश भेजने वाले और प्राप्तकर्ता को एक-दूसरे के इतने करीब रखा जाए कि वे दोनों एक ही कॉस्मिक-रे शावर के संपर्क में आ सकें और शावर के भीतर विशिष्ट म्यूऑन की अपनी अलग-अलग पहचान कर सकें - अर्थात्, वे कण जिनका प्रक्षेपवक्र डिटेक्टरों को पार करता है दोनों व्यक्तियों का. प्रत्येक म्यूऑन के आगमन के समय को रिकॉर्ड करके और क्रिप्टोग्राफ़िक कुंजियों के लिए यादृच्छिक डेटा के रूप में समय टिकटों का उपयोग करके, प्रेषक और रिसीवर स्वतंत्र रूप से समान गुप्त कुंजियाँ उत्पन्न कर सकते हैं - एक दूसरे को कुंजियाँ भेजे बिना।

समकालिक घड़ियाँ

यह सुनिश्चित करना कि प्रेषक और रिसीवर कुंजी बनाने के लिए समान म्यूऑन का उपयोग करते हैं, दो डिटेक्शन के बीच सटीक समय विलंब पर काम करने पर निर्भर करता है, जो डिटेक्टरों के बीच की दूरी को जानकर किया जाता है (म्यूऑन आमतौर पर प्रकाश की गति के 99.95% पर यात्रा करते हैं) जबकि ध्यान से सिंक्रनाइज़ किया जाता है प्रत्येक छोर पर घड़ियाँ। क्रिस्टल ऑसिलेटर्स जैसी स्थानीय घड़ियों की टिक-टिक को समन्वित करने के लिए ग्लोबल-पोजिशनिंग सिस्टम का उपयोग करके सिंक्रोनाइज़ेशन प्राप्त किया जा सकता है।

तनाका अपनी तकनीक को "कॉस्मिक कोडिंग एंड ट्रांसफर" (COSMOCAT) कहते हैं और यह दो डिटेक्टरों का उपयोग करता है जो एक प्लास्टिक सिंटिलेटर और एक फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब के साथ म्यूऑन आगमन को मापते हैं। पिछले साल जून में चार अलग-अलग दिनों में परीक्षण करते हुए, उन्होंने दिखाया कि म्यूऑन वास्तव में समय में यादृच्छिक बिंदुओं पर पहुंचते हैं - पॉइसोनियन वितरण के बाद एक निश्चित अवधि में दी गई संख्या में घटनाओं को देखने की संभावना। उन्होंने यह भी दिखाया कि दोनों डिटेक्टर लगातार समान, यादृच्छिक समय टिकटें उत्पन्न करते हैं।

हालाँकि, जीपीएस सिग्नल और प्रयोग को अंजाम देने के लिए इस्तेमाल किए गए इलेक्ट्रॉनिक्स की सीमाओं के कारण वह केवल लगभग 20% मामलों में सामान्य म्यूऑन डिटेक्शन (अन्य यादृच्छिक कणों के अवरोधन के विपरीत) स्थापित करने में सक्षम था। इस समस्या पर काबू पाने के लिए रिसीवर को किसी दिए गए संदेश को आज़माने और डिकोड करने के लिए कई कुंजियों का उपयोग करना पड़ता था और फिर रिसीवर द्वारा सफलता का संकेत मिलने के बाद ही अगले संदेश पर जाना होता था।

स्मार्ट भवन

ये अतिरिक्त चरण डिक्रिप्शन प्रक्रिया में समय जोड़ते हैं और डेटा संचारित करने की दर को धीमा कर देते हैं। फिर भी, तनाका का कहना है कि यह प्रणाली अभी भी मौजूदा तकनीक की तुलना में काफी तेज होगी। वास्तव में, सहमत पहचान लगभग 20 हर्ट्ज़ के औसत पर हुई, जिसका अर्थ है कि कम से कम 10 एमबीपीएस की डेटा ट्रांसमिशन दर। यह 10 केबीपीएस से तेज़ है जो ब्लूटूथ लो एनर्जी जैसे स्थानीय नेटवर्क सिस्टम के लिए विशिष्ट है। उनका मानना ​​है कि इस अधिक बैंडविड्थ को नई योजना को छोटी दूरी के वायरलेस संचार के लिए आकर्षक बनाना चाहिए जैसे कि "स्मार्ट" इमारतों के भीतर सेंसर को जोड़ना और भविष्य के इलेक्ट्रिक वाहनों की पावरिंग के दौरान सूचनाओं का सुरक्षित रूप से आदान-प्रदान करना।

म्यूऑन्स: परमाणु कचरे की गहराई की जांच

तनाका की तरह, माइकल मनियाटाकोस संयुक्त अरब अमीरात में न्यूयॉर्क यूनिवर्सिटी अबू धाबी ने क्रिप्टोग्राफी के लिए कॉस्मिक म्यूऑन से एक यादृच्छिक संख्या जनरेटर विकसित करने पर काम किया है। लेकिन उन्होंने और उनके सहयोगियों ने पाया कि उपयुक्त छोटे डिटेक्टर से एक निश्चित समय में पर्याप्त "एन्ट्रापी" उत्पन्न करने के लिए म्यूऑन पृथ्वी की सतह पर पर्याप्त संख्या में नहीं पहुंचते हैं। "हमारे शोध ने निष्कर्ष निकाला कि वास्तविक प्रणाली में यादृच्छिकता के स्रोत के लिए म्यूऑन एक व्यावहारिक दृष्टिकोण नहीं है," वे कहते हैं।

तनाका स्वीकार करते हैं कि म्यूऑन डिटेक्शन दरें प्रौद्योगिकी पर सीमाएं लगाती हैं लेकिन इस बात पर जोर देती हैं कि दरें लगभग 10 मीटर तक की दूरी पर वायरलेस संचार के लिए पर्याप्त हैं। अपने प्रदर्शन में उन्होंने काफी बड़े डिटेक्टरों का उपयोग किया - प्रत्येक की माप 1 मीटर थी² - बिट दर को अधिकतम करने के लिए। हालाँकि, तनाका का मानना ​​है कि वह मुख्य उत्पादन दर को पाँच गुना बढ़ाकर डिटेक्टरों को उनके वर्तमान आकार के पाँचवें हिस्से तक छोटा कर सकता है। इस सवाल पर कि तकनीक को बेहतर बनाने में कितना समय लगेगा, उनका कहना है कि उनके पास पांच साल के भीतर एक कार्यशील प्रोटोटाइप होना चाहिए।

उन्होंने नोट किया कि योजना में एक संभावित कमजोरी यह संभावना है कि एक छिपकर बात सुनने वाला प्रेषक और प्राप्तकर्ता के उपकरणों के बीच एक तीसरा डिटेक्टर स्थापित कर सकता है और म्यूऑन हमलों को स्वतंत्र रूप से रिकॉर्ड कर सकता है। उनका मानना ​​है कि ऐसी कोई भी योजना "पूरी तरह से अव्यवहारिक" होगी, लेकिन कहते हैं कि सिस्टम एक अंतर्निहित सुरक्षा के साथ आता है - जीपीएस उपग्रहों द्वारा प्रसारित मानक समय की तुलना में एक छोटा अस्थायी ऑफसेट। यह ऑफसेट, जिसे संचार करने वाले पक्ष अपनी पसंद के किसी भी समय बदल सकते हैं, संभावित गुप्तचर को म्यूऑन आगमन के समय पर असहमत होने का कारण बनता है - नतीजा यह है कि, वह कहते हैं, कि वे "संदेश को डिकोड करने के लिए कुंजी चुरा नहीं सकते हैं"।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/cosmic-ray-muons-used-to-create-cryptography-system/