Kvantenøglesystem kunne gøre mobiltransaktioner langt mere sikre

Med den voksende popularitet af mobiltelefonapps til at betale for køb ved kasseapparater og benzinpumper, brugere vil gerne vide, at deres personlige økonomiske oplysninger er sikre mod cyberangreb. For første gang, forskere har demonstreret en prototype enhed, der kan sende ubrydelige hemmelige nøgler fra en håndholdt enhed til en terminal.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA). Optik Express , forskere udarbejder en ordning for transmission af kvantenøgler med en høj nok datahastighed til at sikre datasikkerhed og samtidig kompensere for den menneskelige hånds uundgåelige bevægelse. Deres prototypesystem bruger ultrahurtige LED'er og bevægelige spejle til at sende en hemmelig nøgle med en hastighed på mere end 30 kilobyte i sekundet over en afstand på 0,5 meter.

"Ideen er, at denne gadget ville være et mobilt objekt, der taler til noget, der er fast, " sagde Iris Choi fra Oxford University, en af ​​avisens forfattere. Hvis integreret i en mobiltelefon, for eksempel, enheden kunne tillade sikre links til nærfeltskommunikation, mobile betalingssystemer og indendørs Wi-Fi-netværk. Det kunne også forbedre sikkerheden for pengeautomater og hjælpe med at forhindre hæveautomater, som anslås at koste industrien mere end 2 milliarder dollars årligt.

Nøgler lavet af lys

Teknologien er et kvantenøgle distributionssystem. Kvantenøglefordeling er afhængig af karakteristika for en enkelt foton for at give en bit - et 1 eller et 0 - for at opbygge en kryptografisk nøgle, der kan kryptere og dekryptere information. Kvantenøgler betragtes som sikre, fordi hvis nogen opsnapper kvantebittene og derefter videregiver dem, selve handlingen med at måle dem vil ændre dem.

"Når en aflytter forsøger at trykke ind i kanalen, det vil ændre indholdet af nøglen, " sagde Choi. "Vi siger ikke, at denne teknologi kan forhindre at blive afluret, men hvis du aflytter, vi ved, du er der."

Systemet indeholder seks lysdioder med resonanshulrum, som giver overlappende lysspektre. Hver af de seks er filtreret ind i en anden polarisering, opdeles i par for at repræsentere 1'ere og 0'ere - vandret eller lodret, diagonal eller anti-diagonal, cirkulær venstre eller cirkulær højre. De cirkulært polariserede LED'er giver bits til nøglen, mens de andre par bruges til at måle kanalens sikkerhed og give fejlkorrektion. Hvert fjerde nanosekund, en af ​​kanalerne producerer en puls på et nanosekund i et tilfældigt mønster. I den anden ende, seks polariserede modtagere opfanger lyset fra deres matchende LED'er og konverterer fotonerne til nøglen.

Det er vigtigt ikke at lade en potentiel modstander vide, hvilken kanal der har hvilken polarisering, fordi det ville afsløre, hvilke bits der blev sendt, men der vil altid være en lille variation i bølgelængden, der udsendes af hver LED, som kunne tjene til at identificere dem og give en hacker en måde at bryde koden på. Forskerne løste dette problem ved at udstyre både senderen og modtageren med filtre, der kun vælger en del af lyset, så de alle skinner med nøjagtig samme farve, uanset hvilken polarisering de producerer.

Styring af strålen

En kvantenøgle skal være lang nok til at sikre, at en modstander ikke kan hacke den blot ved at gætte tilfældigt. Dette kræver, at systemet transmitterer et stort antal bits på mindre end et sekund. At opnå en så høj datatransmissionshastighed kræver til gengæld, at de fleste af fotonerne når derhen, hvor de skal hen.

Som resultat, Choi sagde, prototypens vigtigste innovation er styresystemet. Selv en person, der prøver at holde perfekt, har stadig en vis bevægelse i hånden. Forskerholdet målte denne bevægelse ved at se på, hvordan stedet af en lasermarkør rystede, da en person forsøgte at holde den stabil. De optimerede derefter designelementerne i strålestyringssystemet, såsom båndbredde og synsfelt, for at kompensere for denne håndbevægelse.

For at hjælpe detektoren korrekt på linje med senderen og yderligere korrigere for håndbevægelser, både modtageren og senderen indeholder en lysende LED med en anden farve end kvantenøglefordelings-LED'en, der fungerer som et beacon. En positionsfølende detektor på den anden side måler den præcise placering af beaconet og flytter et mikroelektromekanisk system (MEMS) spejl for at justere det indkommende lys med detektorens fiberoptik.

Holdet testede deres idé med en håndholdt prototype lavet af hyldeudstyr. Choi sagde, at designet sandsynligvis nemt kunne miniaturiseres for at gøre systemet til en praktisk komponent til en mobiltelefon fra mærker som Nokia, som deltog i undersøgelsen. Forbedring af protokollen, mens den samme hardware bevares, kan også øge transmissionshastigheden, og andre ændringer kunne foretages for at lade enheden arbejde over længere afstande til, for eksempel, oprette forbindelse til en Wi-Fi-hub.