Использование биологических ключей шифрования для неломаемой безопасности в пост-квантовом мире

• Для обеспечения безопасности необходимо адаптировать по-настоящему случайные ключи шифрования, которые не могут быть реверс-инженерированы.
• Исследователи используют человеческие Т-клетки для создания ключей шифрования.
• Эти ключи обладают максимальной энтропией и делают невозможным взлом системы.

Цифровая информация растет экспоненциально во всех секторах современного общества, включая здравоохранение, сельское хозяйство, автоматизацию, коммуникации и оборону. Всемирные цифровые данные предсказываются достичь 35 зеттабайт (или 35 миллиардов терабайт) к 2020 году.

Обработка такого огромного объема данных стала одной из самых сложных задач в индустрии информационных технологий. В последнее время мы слышим все больше и больше о нарушении данных, вымогательском ПО и взломанных системах, включая истории о правительственных и частных компаниях, утечках информации в неподобающие руки.

Теперь инженеры из Пенсильванского государственного университета придумали решение: они разработали подход создания ключей шифрования, которые не могут быть клонированы или реверс-инженерированы. Подход будет работать даже в пост-квантовой эре, где компьютеры могут стать в миллион раз быстрее современных суперкомпьютеров.

В настоящее время мы используем математические алгоритмы (односторонние функции) для шифрования данных. Эти алгоритмы используют приватные/публичные ключи, которые делают легко идти в одном направлении, но крайне трудно идти в обратном или отменять вещи.

Большинство алгоритмов шифрования, например, основаны на простой факторизации: они умножают два больших простых числа. Чем больше результирующее значение, тем больше времени потребуется компьютеру для нахождения исходных простых чисел, т.е. реверс-инженеринг от результата становится задачей, потребляющей время и ресурсы.

Поскольку CPU и GPU становятся более продвинутыми, а квантовые компьютеры на горизонте, эти техники шифрования не будут эффективно работать в будущем.

Решение — адаптация по-настоящему случайных ключей шифрования. Они не могут быть реверс-инженерированы или клонированы, потому что в процессе нет никакой формулы или паттерна.

Источник: Advanced Theory and Simulations | doi:10.1002/adts.201800154 | Penn State

Биологические односторонние функции

Так называемые случайные числа, генерируемые на компьютерах, — это не что иное, как псевдослучайные числа. Чтобы идентифицировать реально случайные вещи, нужно вернуться к природе.

В этом исследовании исследователи выбрали для анализа человеческие Т-клетки — подтип белых кровяных тельцев, играющих решающую роль в клеточной иммунности. Поскольку нет никакой математической основы для базовых строительных блоков всех живых вещей, никакая машина не может их разгадать.

Исследователи прообразовали случайный 2D-массив Т-клеток в растворе и оцифровали изображение, создавая пиксели на нем, делая пустые пространства «нулями», а пиксели Т-клеток — «единицами».

Источник изображения: Jennifer Mccann / Penn State

Все типы живых клеток могут храниться длительный период времени, и поскольку они движутся равномерно, их можно повторно проображать для формирования новых ключей шифрования. 2D-ключи, полученные в этом исследовании, обладают максимальной энтропией и крайне трудно расшифровать через любую атаку грубой силы.

До сих пор команда использовала 2000 Т-клеток на ключ шифрования, что делает невозможным взлом системы, даже если у противника есть глубокие знания о механизме генерации ключа, включая скорость генерации ключа, экземпляр выборки ключа, тип клетки и плотность клеток.

Читайте также: Суперразрешающая микроскопия видит клетки и в пространстве, и во времени

Нам нужно что-то безопасное, и на данный момент эта клеточно-зашифрованная система безопасности имеет потенциал держать наши данные безопасными и защищенными в любое время и в любом месте.