มิวออนรังสีคอสมิกใช้สร้างระบบเข้ารหัส

เวลาที่มาถึงแบบสุ่มของมิวออนรังสีคอสมิกที่พื้นผิวโลกสามารถใช้ในการเข้ารหัสและถอดรหัสข้อความที่เป็นความลับได้ อ้างอิงจาก ฮิโรยูกิ ทานากะ ที่มหาวิทยาลัยโตเกียว เขาอ้างว่าโครงร่างใหม่มีความปลอดภัยมากกว่าระบบเข้ารหัสอื่น ๆ เนื่องจากไม่ต้องการให้ผู้ส่งและผู้รับของข้อความแลกเปลี่ยนรหัสลับ หลังจากยืนยันแง่มุมที่สำคัญของเทคโนโลยีในห้องปฏิบัติการแล้ว เขาคิดว่าเทคโนโลยีนี้จะสามารถแข่งขันในเชิงพาณิชย์ได้สำหรับการใช้งานในระยะทางสั้นๆ ในสำนักงาน ศูนย์ข้อมูล และบ้านส่วนตัว

โปรโตคอลการเข้ารหัสเกี่ยวข้องกับการสร้างและแจกจ่ายรหัสลับที่ใช้ในการเข้ารหัสและถอดรหัสข้อความ ทุกวันนี้ ระบบการเข้ารหัสที่ใช้กันทั่วไปสามารถถอดรหัสได้โดยผู้ที่มีความสามารถในการค้นหาปัจจัยสำคัญของตัวเลขจำนวนมาก นี่เป็นเรื่องยากอย่างยิ่งที่จะทำโดยใช้คอมพิวเตอร์ทั่วไป แต่ควรเป็นงานที่ง่ายกว่ามากโดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมแห่งอนาคต

หนึ่งในตัวเลือกในการจัดการกับภัยคุกคามนี้คือควอนตัมเอง – การใช้หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กเพื่อให้แน่ใจว่าผู้ดักฟังจะไม่สามารถขโมยกุญแจโดยไม่เปิดเผยตัวตนในกระบวนการ

ข้อบกพร่องของควอนตัม

อย่างไรก็ตาม แม้แต่ "การกระจายคีย์ควอนตัม" นี้ก็มีข้อบกพร่อง นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะใช้ประโยชน์จากจุดอ่อนในฮาร์ดแวร์การเข้ารหัส เช่น การฉายแสงจ้าบนเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวเพื่อเปลี่ยนให้เป็นอุปกรณ์แบบดั้งเดิม ปัญหาเฉพาะนี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้บุคคลที่สาม (ซึ่งไม่จำเป็นต้องน่าเชื่อถือ) เพื่อดำเนินการตรวจหาคีย์บิต แต่การจัดเรียงนี้มีราคาแพงกว่าการเข้ารหัสแบบสองฝ่ายที่ตรงไปตรงมา

ข้อเสนอใหม่ของทานากะออกแบบมาเพื่อเอาชนะผู้แอบฟังโดยหันไปหาทรัพยากรแบบสุ่มตามธรรมชาติและมีอยู่จริงซึ่งก็คือมิวออนรังสีคอสมิก รังสีคอสมิก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโปรตอน โปรตอนลงมายังโลกจากห้วงอวกาศ และสร้างละอองฝนและอนุภาคอื่นๆ เมื่อชนกับนิวเคลียสในชั้นบรรยากาศ จากนั้นไพออนเหล่านั้นจะสลายตัวเป็นมิวออนซึ่งเป็นอิเล็กตรอนรุ่นหนัก มิวออนเหล่านี้ชนกับพื้นผิวโลกโดยอิสระจากกันโดยสิ้นเชิง และสามารถผ่านวัสดุของแข็งจำนวนมากได้ในขณะที่สูญเสียพลังงานเพียงเล็กน้อยจากการทำให้วัสดุแตกตัวเป็นไอออน

แนวคิดคือการวางตำแหน่งผู้ส่งและผู้รับข้อความให้อยู่ใกล้กันมากพอที่ทั้งคู่จะได้รับรังสีคอสมิกแบบเดียวกันและสามารถตรวจจับมิวออนเฉพาะภายในฝักบัวแยกกันได้ กล่าวคือ อนุภาคเหล่านั้นมีวิถีโคจรข้ามเครื่องตรวจจับ ของบุคคลทั้งสอง. โดยแต่ละรายการจะบันทึกเวลามาถึงของมิวออนเหล่านั้น และใช้การประทับเวลาเป็นข้อมูลสุ่มสำหรับคีย์เข้ารหัส ผู้ส่งและผู้รับสามารถสร้างคีย์ลับเดียวกันโดยอิสระ โดยไม่ต้องส่งคีย์ให้กัน

นาฬิกาซิงโครไนซ์

การตรวจสอบให้แน่ใจว่าผู้ส่งและผู้รับใช้มิวออนตัวเดียวกันในการสร้างคีย์นั้นขึ้นอยู่กับการหน่วงเวลาที่แม่นยำระหว่างการตรวจจับทั้งสอง ซึ่งทำได้โดยการรู้ระยะห่างระหว่างเครื่องตรวจจับ (โดยทั่วไป มิวออนจะเดินทางที่ 99.95% ของความเร็วแสง) ในขณะที่ทำการซิงโครไนซ์อย่างระมัดระวัง นาฬิกาที่ปลายแต่ละด้าน การซิงโครไนซ์ทำได้โดยใช้ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลกเพื่อประสานการเดินของนาฬิกาในเครื่อง เช่น คริสตัลออสซิลเลเตอร์

ทานากะเรียกเทคนิคของเขาว่า "Cosmic Coding & Transfer" (COSMOCAT) และใช้เครื่องตรวจจับสองตัวที่วัดการมาถึงของมิวออนด้วยเครื่องเผาพลาญพลาสติกและหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ จากการทดสอบในสี่วันที่แตกต่างกันในเดือนมิถุนายนปีที่แล้ว เขาแสดงให้เห็นว่ามิวออนมาถึงตามเวลาสุ่มจริง ๆ ซึ่งเป็นความน่าจะเป็นที่จะสังเกตเหตุการณ์จำนวนหนึ่งในช่วงเวลาหนึ่งหลังจากการกระจายแบบปัวส์โซเนียน นอกจากนี้เขายังแสดงให้เห็นว่าเครื่องตรวจจับทั้งสองสร้างการประทับเวลาแบบสุ่มที่เหมือนกันอย่างสม่ำเสมอ

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของสัญญาณ GPS และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการทดลอง เขาจึงสามารถสร้างการตรวจจับมิวออนทั่วไป (ซึ่งตรงข้ามกับการสกัดกั้นอนุภาคสุ่มอื่นๆ) ในประมาณ 20% ของกรณีเท่านั้น การเอาชนะปัญหานี้เกี่ยวข้องกับผู้รับโดยใช้คีย์หลายตัวเพื่อลองและถอดรหัสข้อความที่กำหนด จากนั้นจึงย้ายไปยังข้อความถัดไปเมื่อผู้รับส่งสัญญาณสำเร็จเท่านั้น

อาคารอัจฉริยะ

ขั้นตอนเพิ่มเติมเหล่านี้เพิ่มเวลาให้กับกระบวนการถอดรหัส และทำให้อัตราการส่งข้อมูลช้าลง อย่างไรก็ตาม Tanaka กล่าวว่าระบบจะยังคงเร็วกว่าเทคโนโลยีที่มีอยู่มาก แท้จริงแล้ว การตรวจจับที่ตกลงกันเกิดขึ้นที่ความถี่เฉลี่ยประมาณ 20 Hz ซึ่งหมายถึงอัตราการรับส่งข้อมูลอย่างน้อย 10 Mbps ซึ่งเร็วกว่า 10 kbps ของระบบเครือข่ายท้องถิ่นทั่วไป เช่น Bluetooth Low Energy เขาคิดว่าแบนด์วิธที่มากขึ้นนี้น่าจะทำให้โครงร่างใหม่นี้น่าสนใจสำหรับการสื่อสารไร้สายระยะสั้น เช่น การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ภายในอาคาร "อัจฉริยะ" และการแลกเปลี่ยนข้อมูลอย่างปลอดภัยระหว่างการเปิดเครื่องของยานพาหนะไฟฟ้าแห่งอนาคต

Muons: สำรวจความลึกของกากนิวเคลียร์

เช่นเดียวกับทานากะ มิคาอิล มาเนียตาคอส แห่งมหาวิทยาลัยนิวยอร์ก อาบูดาบี ในสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ ได้ทำงานเกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องกำเนิดตัวเลขสุ่มจากคอสมิกมิวออนสำหรับการเข้ารหัส แต่เขาและเพื่อนร่วมงานพบว่ามิวออนไม่ได้มาถึงพื้นผิวโลกในจำนวนที่เพียงพอที่จะสร้าง "เอนโทรปี" ที่เพียงพอในระยะเวลาที่กำหนดจากเครื่องตรวจจับขนาดเล็กที่เหมาะสม “การวิจัยของเราสรุปได้ว่ามิวออนไม่ใช่แนวทางปฏิบัติสำหรับการจัดหาแบบสุ่มในระบบจริง” เขากล่าว

ทานากะรับทราบว่าอัตราการตรวจจับมิวออนมีขีดจำกัดในเทคโนโลยี แต่ยืนยันว่าอัตรานั้นเพียงพอสำหรับการสื่อสารไร้สายในระยะทางไม่เกิน 10 เมตร ในการสาธิต เขาใช้อุปกรณ์ตรวจจับที่ค่อนข้างใหญ่ แต่ละอันวัดได้ 1 เมตร² – เพื่อเพิ่มอัตราบิตสูงสุด อย่างไรก็ตาม ทานากะคิดว่าเขาสามารถลดขนาดเครื่องตรวจจับให้เหลือหนึ่งในห้าของขนาดปัจจุบันได้โดยเพิ่มอัตราการสร้างคีย์ขึ้นถึงห้าเท่า ต้องใช้เวลานานแค่ไหนในการทำให้เทคโนโลยีสมบูรณ์แบบ เขากล่าวว่าเขาควรจะมีต้นแบบที่ใช้งานได้จริงภายในห้าปี

เขาตั้งข้อสังเกตว่าจุดอ่อนที่อาจเกิดขึ้นอย่างหนึ่งในโครงการคือความเป็นไปได้ที่ผู้ดักฟังสามารถวางตำแหน่งเครื่องตรวจจับที่สามระหว่างอุปกรณ์ของผู้ส่งและผู้รับและบันทึกการโจมตีของ muon แยกกัน เขาคิดว่าแผนดังกล่าวจะ "ใช้ไม่ได้ผลโดยสิ้นเชิง" แต่บอกว่าระบบมาพร้อมกับการป้องกันในตัว ซึ่งเป็นการชดเชยชั่วคราวเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเวลามาตรฐานที่ออกอากาศโดยดาวเทียม GPS การชดเชยนี้ซึ่งฝ่ายสื่อสารสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลาตามที่พวกเขาเลือก ทำให้ผู้แอบฟังไม่เห็นด้วยกับเวลาที่มูออนมาถึง โดยสรุปคือพวกเขา "ไม่สามารถขโมยกุญแจเพื่อถอดรหัสข้อความได้"

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน ไอไซแอนซ์.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/cosmic-ray-muons-used-to-create-cryptography-system/