Kriptografi sistemi oluşturmak için kullanılan kozmik ışın müonları

Kozmik ışın müonlarının Dünya yüzeyine gelişigüzel varış süreleri, gizli mesajları kodlamak ve çözmek için kullanılabilir. Hiroyuki Tanaka Tokyo Üniversitesi'nde. Yeni şemanın diğer kriptografik sistemlerden daha güvenli olduğunu iddia ediyor çünkü bir mesajın göndericisi ve alıcısının gizli bir anahtarı değiş tokuş etmesini gerektirmiyor. Laboratuvarda teknolojinin önemli yönlerini doğruladıktan sonra, ofislerde, veri merkezlerinde ve özel evlerde kısa mesafelerde kullanım için ticari olarak rekabetçi olacağını düşünüyor.

Şifreleme protokolleri, mesajları şifrelemek ve şifresini çözmek için kullanılan gizli bir anahtarın üretilmesini ve dağıtılmasını içerir. Günümüzde yaygın olarak kullanılan kriptografi sistemleri, çok büyük sayıların asal çarpanlarını bulma yeteneğine sahip olanlar tarafından kırılabilir. Bunu geleneksel bilgisayarları kullanarak yapmak son derece zor ama geleceğin kuantum bilgisayarlarını kullanarak çok daha kolay bir iş olmalı.

Bu tehditle başa çıkma seçenekleri arasında kuantum da var - Heisenberg'in belirsizlik ilkesinin kullanılması, herhangi bir sözde kulak misafirinin süreçteki varlıklarını ifşa etmeden anahtarı çalamamasını sağlamak için.

kuantum kusurları

Ancak, bu “kuantum anahtar dağıtımının” bile kusurları vardır. Bilim adamları, tek fotonlu dedektörleri klasik cihazlara dönüştürmek için parlak ışık yakmak gibi şifreleme donanımındaki zayıflıklardan yararlanmanın mümkün olduğunu gösterdiler. Bu özel sorun, anahtar bitlerin tespitini gerçekleştirmek için (güvenilir olması gerekmeyen) bir üçüncü taraf kullanılarak önlenebilir, ancak bu düzenleme, doğrudan iki taraf şifrelemesinden daha pahalıdır.

Tanaka'nın yeni önerisi, kulak misafiri olanları yenmek için tasarlandı ve bunun yerine doğal ve her zaman var olan bir rastgelelik kaynağına yöneldi: kozmik ışın müonları. Esas olarak protonlardan oluşan kozmik ışınlar, derin uzaydan Dünya'ya yağar ve atmosferdeki çekirdeklerle çarpıştıklarında piyon ve diğer parçacık sağanağı oluşturur. Bu pionlar daha sonra elektronun ağır versiyonları olan müonlara dönüşür. Bu müonlar, Dünya'nın yüzeyine birbirinden tamamen bağımsız olarak çarparlar ve büyük miktarlarda katı madde içinden geçebilirken, malzemeleri iyonlaştırarak enerjilerinin yalnızca küçük bir kısmını kaybederler.

Buradaki fikir, mesaj göndericisini ve alıcısını, her ikisinin de aynı kozmik ışın sağanağına maruz kalacakları ve bir duş içindeki belirli müonları, yani yörüngeleri dedektörlerden geçen parçacıkları, kendi ayrı tespitlerini yapabilecekleri kadar birbirine yakın konumlandırmaktır. her iki bireyin Her biri bu müonların varış zamanını kaydederek ve zaman damgalarını kriptografik anahtarlar için rasgele veriler olarak kullanarak, gönderici ve alıcı, anahtarları birbirine göndermek zorunda kalmadan bağımsız olarak aynı gizli anahtarları üretebilir.

senkronize saatler

Anahtarları oluşturmak için gönderici ve alıcının aynı müonları kullanmasını sağlamak, dikkatli bir şekilde senkronize olurken dedektörler arasındaki mesafeyi bilerek (müonlar tipik olarak ışık hızının %99.95'inde hareket eder) iki algılama arasındaki kesin zaman gecikmesini hesaplamaya dayanır. her iki uçta saatler. Senkronizasyon, kristal osilatörler gibi yerel saatlerin tik taklarını koordine etmek için bir küresel konumlandırma sistemi kullanılarak elde edilebilir.

Tanaka tekniğini "Kozmik Kodlama ve Aktarım" (COSMOCAT) olarak adlandırıyor ve plastik bir sintilatör ve bir fotoçoğaltıcı tüp ile müon gelişini ölçen iki detektör kullanıyor. Geçen yıl haziran ayında dört farklı günde testler gerçekleştirerek, müonların gerçekten de zamanda rastgele noktalara vardığını gösterdi - bir Poisson dağılımını izleyen belirli bir süre içinde belirli sayıda olayı gözlemleme olasılığı. Ayrıca, iki dedektörün sürekli olarak aynı rastgele zaman damgalarını ürettiğini de gösterdi.

Bununla birlikte, deneyi gerçekleştirmek için kullanılan GPS sinyalleri ve elektroniklerdeki sınırlamalar nedeniyle, vakaların yalnızca yaklaşık %20'sinde ortak müon algılamaları (diğer rastgele parçacıkların kesilmesinin aksine) kurabildi. Bu sorunun üstesinden gelmek, alıcının belirli bir mesajı denemek ve kodunu çözmek için birden fazla anahtar kullanmasını ve ardından yalnızca alıcı başarı sinyali verdikten sonra bir sonraki mesaja geçmesini içeriyordu.

Akıllı binalar

Bu fazladan adımlar, şifre çözme işlemine zaman katar ve böylece verilerin iletilme hızını yavaşlatır. Yine de Tanaka, sistemin mevcut teknolojilerden önemli ölçüde daha hızlı olacağını söylüyor. Gerçekten de, üzerinde anlaşmaya varılan tespitler ortalama 20 Hz civarında gerçekleşti ve bu da en az 10 Mbps'lik bir veri iletim hızına işaret ediyor. Bu, Bluetooth Düşük Enerji gibi bir yerel ağ sistemi için tipik olan 10 kbps hızından daha hızlıdır. Bu daha yüksek bant genişliğinin, "akıllı" binalardaki sensörleri bağlamak ve gelecekteki elektrikli araçların çalıştırılması sırasında güvenli bilgi alışverişi yapmak gibi kısa mesafeli kablosuz iletişim için yeni düzeni çekici hale getirmesi gerektiğini düşünüyor.

Müonlar: nükleer atıkların derinliklerini araştırmak

Tanaka gibi, Michael Maniatakos Birleşik Arap Emirlikleri'ndeki New York Üniversitesi Abu Dabi'den bir araştırmacı, kriptografi için kozmik müonlardan rastgele bir sayı üreteci geliştirmeye çalıştı. Ancak o ve meslektaşları, müonların uygun küçük bir detektörden belirli bir süre içinde yeterli "entropi" üretmeye yetecek sayıda Dünya yüzeyine ulaşmadığını keşfettiler. "Araştırmamız, müonların gerçek bir sistemde rastgele kaynak bulmak için pratik bir yaklaşım olmadığı sonucuna vardı" diyor.

Tanaka, müon algılama hızlarının teknolojiye sınırlar getirdiğini kabul ediyor, ancak hızların yaklaşık 10 m'ye kadar olan mesafelerde kablosuz iletişim için yeterli olduğunda ısrar ediyor. Gösterisinde, her biri 1 m olan oldukça büyük dedektörler kullandı.² – bit hızını maksimize etmek için. Ancak Tanaka, anahtar oluşturma oranını beş kat artırarak dedektörleri mevcut boyutlarının beşte birine küçültebileceğini düşünüyor. Teknolojiyi mükemmelleştirmenin ne kadar süreceği konusunda, beş yıl içinde çalışan bir prototipe sahip olması gerektiğini söylüyor.

Plandaki potansiyel bir zayıflığın, bir gizli dinleyicinin göndericinin ve alıcının cihazları arasında üçüncü bir dedektörü konumlandırabilmesi ve müon vuruşlarını bağımsız olarak kaydedebilmesi olasılığı olduğunu belirtiyor. Böyle bir planın "tamamen uygulanamaz" olacağını düşünüyor, ancak sistemin yerleşik bir koruma ile geldiğini söylüyor - GPS uyduları tarafından yayınlanan standart zamana kıyasla küçük bir zamansal sapma. İletişim kuran tarafların istedikleri zaman değiştirebilecekleri bu ofset, müstakbel kulak misafirinin muon varış zamanları konusunda anlaşmazlığa düşmesine neden oluyor - sonuçta, "mesajın kodunu çözmek için anahtarı çalamayacaklarını" söylüyor.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: iBilim.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/cosmic-ray-muons-used-to-create-cryptography-system/