Met de groeiende populariteit van apps voor mobiele telefoons om aankopen aan kassa's en benzinepompen te betalen, gebruikers willen weten dat hun persoonlijke financiële informatie veilig is voor cyberaanvallen. Voor de eerste keer, onderzoekers hebben een prototype apparaat gedemonstreerd dat onbreekbare geheime sleutels van een handheld-apparaat naar een terminal kan sturen.

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Express , onderzoekers hebben een schema opgesteld voor het verzenden van kwantumsleutels met een gegevenssnelheid die hoog genoeg is om gegevensbeveiliging te garanderen en tegelijkertijd de onvermijdelijke beweging van de menselijke hand te compenseren. Hun prototypesysteem maakt gebruik van ultrasnelle LED's en beweegbare spiegels om een ​​geheime sleutel te verzenden met een snelheid van meer dan 30 kilobyte per seconde over een afstand van 0,5 meter.

"Het idee is dat deze gadget een mobiel object zou zijn dat praat met iets dat vast is, " zei Iris Choi van de Universiteit van Oxford, een van de auteurs van de krant. Indien geïntegreerd in een mobiele telefoon, bijvoorbeeld, het apparaat kan veilige verbindingen mogelijk maken met mobiele betalingssystemen voor nabije veldcommunicatie en wifi-netwerken binnenshuis. Het kan ook de beveiliging van geldautomaten verbeteren en skimming-aanvallen op geldautomaten helpen voorkomen, die de industrie naar schatting meer dan $ 2 miljard per jaar kosten.

Sleutels gemaakt van licht

De technologie is een distributiesysteem voor kwantumsleutels. De distributie van kwantumsleutels is afhankelijk van de kenmerken van een enkel foton om een ​​bit - een 1 of een 0 - te leveren om een ​​cryptografische sleutel op te bouwen die informatie kan versleutelen en ontsleutelen. Kwantumsleutels worden als veilig beschouwd, want als iemand de kwantumbits onderschept en vervolgens doorgeeft, alleen al het meten ervan zal ze veranderen.

"Als een afluisteraar het kanaal probeert af te luisteren, het zal de inhoud van de sleutel veranderen, Choi zei. "We zeggen niet dat deze technologie kan voorkomen dat je wordt afgeluisterd, maar als je afluistert, we weten dat je er bent."

Het systeem bevat zes resonantieholte-LED's, die zorgen voor overlappende lichtspectra. Elk van de zes is gefilterd in een andere polarisatie, opgesplitst in paren om 1s en 0s te vertegenwoordigen - horizontaal of verticaal, diagonaal of anti-diagonaal, cirkel links of cirkel rechts. De circulair gepolariseerde LED's leveren de bits voor de sleutel, terwijl de andere paren worden gebruikt om de veiligheid van het kanaal te meten en foutcorrectie te bieden. Elke vier nanoseconden, een van de kanalen produceert een puls van één nanoseconde in een willekeurig patroon. Aan de andere kant, zes gepolariseerde ontvangers pikken het licht op van hun bijpassende LED's en zetten de fotonen om in de sleutel.

Het is belangrijk om een ​​potentiële tegenstander niet te laten weten welk kanaal welke polarisatie heeft, omdat dat zou onthullen welke bits werden verzonden, maar er zal altijd een kleine variatie zijn in de golflengte die door elke LED wordt uitgezonden, die zou kunnen dienen om ze te identificeren en een hacker een manier te geven om de code te breken. De onderzoekers losten dit probleem op door zowel de zender als de ontvanger uit te rusten met filters die slechts een deel van het licht selecteren, zodat ze allemaal met exact dezelfde kleur glanzen, ongeacht welke polarisatie ze produceren.

De straal sturen

Een kwantumsleutel moet lang genoeg zijn om ervoor te zorgen dat een tegenstander deze niet kan hacken door simpelweg willekeurig te raden. Dit vereist dat het systeem een ​​groot aantal bits in minder dan een seconde verzendt. Om zo'n hoge datatransmissiesnelheid te bereiken, moeten de meeste fotonen op hun plaats komen waar ze horen te gaan.

Als resultaat, Choi zei, de belangrijkste innovatie van het prototype is het stuursysteem. Zelfs iemand die hem perfect probeert vast te houden, heeft nog steeds wat beweging in zijn hand. Het onderzoeksteam heeft deze beweging gemeten door te kijken hoe de plek van een laserpointer trilde terwijl een persoon probeerde hem stil te houden. Vervolgens optimaliseerden ze de ontwerpelementen van het balkstuursysteem, zoals bandbreedte en gezichtsveld, om deze handbeweging te compenseren.

Om de detector goed uit te lijnen met de zender en verder te corrigeren voor handbewegingen, zowel de ontvanger als de zender bevatten een felle LED met een andere kleur dan de quantum key-distributie-LED die als baken fungeert. Een positiegevoelige detector aan de andere kant meet de precieze locatie van het baken en beweegt een micro-elektromechanische systemen (MEMS) spiegel om het binnenkomende licht uit te lijnen met de glasvezel van de detector.

Het team testte hun idee met een handheld-prototype gemaakt van kant-en-klare apparatuur. Choi zei dat het ontwerp waarschijnlijk gemakkelijk kan worden geminiaturiseerd om het systeem om te zetten in een praktisch onderdeel voor een mobiele telefoon van merken als Nokia, die meededen aan het onderzoek. Het verbeteren van het protocol met behoud van dezelfde hardware kan ook de transmissiesnelheid verhogen, en andere wijzigingen kunnen worden aangebracht om het apparaat over langere afstanden te laten werken naar, bijvoorbeeld, verbinding maken met een Wi-Fi-hub.