Muon sinar kosmik digunakan untuk membuat sistem kriptografi

Waktu kedatangan acak muon sinar kosmik di permukaan bumi dapat digunakan untuk menyandikan dan mendekode pesan rahasia – menurut Hiroyuki Tanaka di Universitas Tokyo. Dia mengklaim bahwa skema baru ini lebih aman daripada sistem kriptografi lainnya karena tidak mengharuskan pengirim dan penerima pesan untuk bertukar kunci rahasia. Setelah mengonfirmasi aspek-aspek penting dari teknologi di lab, dia menganggap itu akan kompetitif secara komersial untuk digunakan dalam jarak pendek di kantor, pusat data, dan rumah pribadi.

Protokol kriptografi melibatkan pembuatan dan pendistribusian kunci rahasia yang digunakan untuk mengenkripsi dan mendekripsi pesan. Saat ini, sistem kriptografi yang biasa digunakan dapat dipecahkan oleh mereka yang memiliki kemampuan untuk menemukan faktor prima dari bilangan yang sangat besar. Ini sangat sulit dilakukan dengan menggunakan komputer konvensional tetapi seharusnya menjadi tugas yang jauh lebih mudah menggunakan komputer kuantum di masa depan.

Di antara opsi untuk menghadapi ancaman ini sendiri adalah kuantum – penggunaan prinsip ketidakpastian Heisenberg untuk memastikan bahwa calon penyadap tidak dapat mencuri kunci tanpa mengungkapkan keberadaan mereka dalam proses tersebut.

Cacat kuantum

Namun, "distribusi kunci kuantum" ini pun memiliki kekurangan. Para ilmuwan telah menunjukkan kemungkinan untuk mengeksploitasi kelemahan dalam perangkat keras enkripsi, seperti menyinari cahaya terang pada detektor foton tunggal untuk mengubahnya menjadi perangkat klasik. Masalah khusus ini dapat dihindari dengan menggunakan pihak ketiga (yang tidak perlu dipercaya) untuk melakukan deteksi bit kunci, tetapi pengaturan ini lebih mahal daripada enkripsi dua pihak langsung.

Proposal baru Tanaka dirancang untuk mengalahkan penyadap dengan beralih ke sumber daya acak alami dan selalu ada: muon sinar kosmik. Sinar kosmik, yang sebagian besar adalah proton, menghujani Bumi dari angkasa luar dan menghasilkan hujan pion dan partikel lain ketika mereka bertabrakan dengan nuklei di atmosfer. Pion tersebut kemudian membusuk menjadi muon, yang merupakan versi berat dari elektron. Muon ini menghantam permukaan bumi secara independen satu sama lain dan mampu melewati material padat dalam jumlah besar sementara hanya kehilangan sebagian kecil energinya dengan mengionisasi material.

Idenya adalah untuk memposisikan pengirim dan penerima pesan cukup dekat satu sama lain sehingga mereka berdua terkena pancaran sinar kosmik yang sama dan dapat membuat pendeteksian muon tertentu secara terpisah di dalam pancaran – yaitu, partikel-partikel yang lintasannya melintasi detektor. dari kedua individu. Dengan masing-masing merekam waktu kedatangan muon tersebut dan menggunakan stempel waktu sebagai data acak untuk kunci kriptografi, pengirim dan penerima dapat secara mandiri menghasilkan kunci rahasia yang sama – tanpa harus mengirim kunci satu sama lain.

Jam yang disinkronkan

Memastikan bahwa pengirim dan penerima menggunakan muon yang sama untuk membuat kunci bergantung pada penyelesaian waktu tunda yang tepat antara dua pendeteksian, yang dilakukan dengan mengetahui jarak antara detektor (muon biasanya berjalan pada 99.95% kecepatan cahaya) sambil menyinkronkan dengan hati-hati jam di setiap ujungnya. Sinkronisasi dapat dicapai dengan menggunakan sistem pemosisian global untuk mengoordinasikan detak jam lokal seperti osilator kristal.

Tanaka menyebut tekniknya "Cosmic Coding & Transfer" (COSMOCAT) dan menggunakan dua detektor yang mengukur kedatangan muon dengan sintilator plastik dan tabung pengganda foto. Melakukan tes pada empat hari yang berbeda di bulan Juni tahun lalu, dia menunjukkan bahwa muon benar-benar tiba di titik waktu yang acak – probabilitas mengamati sejumlah peristiwa tertentu dalam periode tertentu mengikuti distribusi Poissonian. Dia juga menunjukkan bahwa kedua detektor secara konsisten menghasilkan stempel waktu acak yang sama.

Namun, karena keterbatasan dalam sinyal GPS dan elektronik yang digunakan untuk melakukan eksperimen, dia hanya mampu menetapkan deteksi muon umum (berlawanan dengan intersepsi partikel acak lainnya) pada sekitar 20% kasus. Mengatasi masalah ini melibatkan penerima menggunakan beberapa kunci untuk mencoba dan memecahkan kode pesan yang diberikan dan kemudian beralih ke pesan berikutnya hanya setelah penerima memberi isyarat berhasil.

Bangunan pintar

Langkah-langkah tambahan ini menambah waktu untuk proses dekripsi dan memperlambat kecepatan pengiriman data. Namun demikian, Tanaka mengatakan bahwa sistem tersebut masih akan jauh lebih cepat daripada banyak teknologi yang ada. Memang, pendeteksian yang disepakati terjadi pada rata-rata sekitar 20 Hz, menyiratkan kecepatan transmisi data minimal 10 Mbps. Ini lebih cepat dari 10 kbps yang khas dari sistem jaringan lokal seperti Bluetooth Low Energy. Dia berpendapat bahwa bandwidth yang lebih besar ini harus membuat skema baru menarik untuk komunikasi nirkabel jarak pendek seperti menghubungkan sensor di dalam gedung "pintar" dan bertukar informasi dengan aman selama menyalakan kendaraan listrik di masa depan.

Muon: menyelidiki kedalaman limbah nuklir

Seperti Tanaka, Michael Maniatakos Universitas New York Abu Dhabi di Uni Emirat Arab telah bekerja mengembangkan generator angka acak dari muon kosmik untuk kriptografi. Tapi dia dan rekan-rekannya menemukan bahwa muon tidak sampai ke permukaan bumi dalam jumlah yang cukup untuk menghasilkan "entropi" yang cukup dalam waktu tertentu dari detektor kecil yang sesuai. “Penelitian kami menyimpulkan bahwa muon bukanlah pendekatan praktis untuk mencari sumber keacakan dalam sistem nyata,” katanya.

Tanaka mengakui bahwa tingkat deteksi muon membatasi teknologi tetapi menegaskan bahwa tingkat yang memadai untuk komunikasi nirkabel jarak hingga sekitar 10 m. Dalam demonstrasinya ia menggunakan detektor yang cukup besar – masing-masing berukuran 1 m² – untuk memaksimalkan bit rate. Namun, Tanaka menganggap dia dapat mengecilkan detektor menjadi seperlima dari ukurannya saat ini dengan menaikkan tingkat pembuatan kunci dengan faktor lima. Mengenai berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk menyempurnakan teknologi, dia mengatakan dia harus memiliki prototipe yang berfungsi dalam lima tahun.

Salah satu kelemahan potensial dalam skema ini, catatnya, adalah kemungkinan penyadap dapat memposisikan detektor ketiga antara perangkat pengirim dan penerima dan merekam serangan muon secara mandiri. Dia menganggap bahwa rencana semacam itu akan "sama sekali tidak praktis" tetapi mengatakan bahwa sistem tersebut dilengkapi dengan perlindungan bawaan - offset sementara yang kecil dibandingkan dengan waktu standar yang disiarkan oleh satelit GPS. Offset ini, yang dapat diubah oleh pihak yang berkomunikasi kapan saja sesuai pilihan mereka, menyebabkan calon penyadap tidak setuju pada waktu kedatangan muon – dengan hasil, katanya, bahwa mereka “tidak dapat mencuri kunci untuk memecahkan kode pesan”.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam iSains.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/cosmic-ray-muons-used-to-create-cryptography-system/