Specjalna teoria względności Einsteina może stworzyć nieprzeniknione bankomaty

Jest poniedziałek rano i idziesz na espresso z kawiarni na rogu. Po wejściu wpadasz na przerażający znak „tylko gotówka”. „Nie ma problemu”, myślisz, wędrując do najbliższego bankomatu. Sięgasz po maszynę, wysuwasz kartę debetową, wkładasz zużyty chip i wkładasz dłonie w małe tarcze, gdy wybijasz tajny kod PIN.

Jednak w tym procesie sprytni złodzieje mogli ominąć twoje skromne środki bezpieczeństwa. Mogli zapobiegawczo włamać się do bankomatu, aby zebrać Twój kod. Aby wypłacić pieniądze na kawę, właściwie zaryzykowałem kradzież.

Czy może być bezpieczniejszy sposób na zrobienie tego? Zespół naukowców z Kanady i Szwajcarii jest zdeterminowany, aby się tego dowiedzieć. że oni Opublikuj wykres w Nature Na początku tego miesiąca szczegółowo opisał super bezpieczny bankomat, który całkowicie zmienia system.

„Założenie, że urządzenie jest zaufane, gdy robisz cokolwiek związanego z identyfikacją, jest trochę problematyczne, przynajmniej na najbardziej podstawowym poziomie” – powiedział Sebastien Designol, fizyk z Uniwersytetu Genewskiego i współautor badania.

„Porzuć wszystkie założenia” to mantra, której on i jego koledzy badacze przestrzegali, wymyślając bezpieczniejszy mechanizm zwrotu pieniędzy.

Utrwalając swoją naciąganą ideę z teorią szczególnej względności fizyka Alberta Einsteina, zaproponowali zastąpienie systemu PIN tak zwanym dowodem z wiedzą zerową.

Oto jak to działa.

Dowody w praktyce

Pamiętasz gry mózgowe? Dowody wiedzy zerowej są jak ukończona wersja takich gier umysłowych. W kryptografii, która jest nauką o bezpiecznej komunikacji, jest to metoda, dzięki której strona A udowodni stronie B, że coś wie. Haczyk polega na tym, że Strona A, weryfikator, nie może ujawnić znanych sobie informacji Stronie B, weryfikatorowi.

Ale jest sposób, aby strona A obejść ostrzeżenie.

Załóżmy, że masz przyjaciela o imieniu Jones, który widzi tylko w czerni i bieli, ale widzisz w kolorze. Twoim celem jest udowodnienie Jonesowi, że w rzeczywistości możesz widzieć kolor. Gdybyś miał użyć dowodu niewiedzy, mogłoby się zdarzyć coś takiego:

Jones trzyma przed tobą czerwoną i niebieską kartkę. Potem, za jego plecami, albo wymienia go, albo nie. Stawiając je przed sobą, pyta: „Czy je zamieniłeś?”

Grę można powtórzyć sto razy, a zawsze otrzymasz poprawną odpowiedź, ponieważ widzisz kolory. Po wielu powtórzeniach Jones w końcu powiedział: „Cóż, wierzę ci. Możesz zobaczyć kolor”. W tym momencie z powodzeniem pokazałeś mu swoją zdolność do rozpoznawania kolorów bez ujawniania kolorów, które widzisz.

Designolle wyjaśnił: „W naszym badaniu wskazówką są trzy kolory wykresu”.

Za tym pomysłem kryje się pewna wiedza. Trzy kolory to Dobrze znany trudny problem matematyczny które teoretycy studiowali od lat. Powstaje pytanie: Jak pokolorować ogromną mapę kształtów w trzech kolorach, aby nigdy nie dotykały tych samych kolorów?

To nie będzie podobne do map świata, do których jesteśmy przyzwyczajeni. Byłoby tak ogromne, że ludzie potrzebowaliby technologii, aby to zrozumieć, ale nawet z taką pomocą, Designolle powiedział, że znalezienie trójkolorowego rozwiązania zajmie lata.

Przenosząc tę ​​koncepcję do bankomatu, proponuje dać każdej osobie urządzenie, które posiada unikatową kolorową mapę z zaprogramowanym rozwiązaniem potrójnej koloryzacji. Aby wypłacić gotówkę, musisz podłączyć urządzenie do zewnętrznego gniazdka w bankomacie, w tym przypadku do sprawdzania.

Urządzenie wyśle ​​zapytanie do Twojego urządzenia lub, podobnie, setki tysięcy pytań związanych z kolorowymi sekcjami mapy. Pomimo złożoności trzech możliwości kolorowania, Twoje urządzenie zareaguje natychmiast, ponieważ zostało wstępnie zaprogramowane.

Co więcej, ponieważ każda runda zapytań jest losowa, nawet jeśli walidator poprosi o różne krawędzie, bankomat nigdy nie otrzyma wystarczającej ilości informacji, aby znaleźć pełną mapę, jak wyjaśnił Designolle, „i to jest punkt krytyczny”.

W końcu, tak jak w przypadku Jonesa, bankomat zweryfikuje twoją tożsamość i odejmie pieniądze dzięki konsekwentnie poprawnym odpowiedziom na twoim urządzeniu — tak jak powiedział Jones: „Cóż, myślę, że widzisz kolor”. ta da.

Ale pamiętaj, porzuć wszystkie założenia

Przynajmniej dla mnie wynalazek brzmi potężnie. Ale Designolle i jego zespół starali się powstrzymać wszyscy założenia. Nadal nie ufają w pełni bezpieczeństwu trójkolorowego systemu mapowania.

I twierdzą, hipotetycznie, że ktoś może nagrywać odpowiedzi twojego urządzenia rozrzucone po swojej mapie i próbować odwrócić obliczenia całego obrazu, umożliwiając im sfałszowanie twojej tożsamości.

„Funkcje, które można wykonać w jednym kierunku, są bardzo trudne, ale nie niemożliwe do obliczenia w drugim”, powiedział Desinol.

Na przykład, jeśli pomnożysz dwie liczby pierwsze i uzyskasz bardzo dużą liczbę, trudno będzie wrócić do tych liczb pierwszych. Ale to nie przeszkadza, aby to zrobić. To samo dotyczy trzech kolorów.

Jak więc możemy przenieść te maszyny na poziom bezwarunkowego bezpieczeństwa? Designolle pomyślał, a co powiesz na wywołanie dwóch maszyn?

„Idea tego jest dokładnie taka sama, jak w przypadku policjanta badającego i pytającego dwóch osobnych podejrzanych [questions] „W różnych pokojach, więc nie mogą się porozumieć. Jeśli opowiadają tę samą wersję historii, to dobra wskazówka, że ​​tak naprawdę mówią prawdę” – powiedział Dizanol.

Wróć do bankomatu.

Mając dwa urządzenia podzielisz się na dwóch kierowców, tak jak dwóch podejrzanych. Następnie dwaj przesłuchujący, bankomat, jednocześnie zadają swojemu tłumaczowi zwykłe, trójkolorowe pytania.

Tak, będziesz musiał podłączyć dwa oddzielne komputery do dwóch oddzielnych bankomatów. Obecnie, jak twierdzą naukowcy, system współpracuje z bankomatami oddalonymi o 60 metrów (około 196 stóp). Ale mówią, że mogą zejść do metra, czyli około 3 stóp. Brzmi to bardzo skomplikowanie, ale pamiętaj, że celem eksperymentu jest pokazanie, jak może wyglądać mechanizm bezpiecznego, bezwarunkowego bankomatu. To teoria – przynajmniej na razie.

Gdyby każda podobizna wydawała się posiadać tę samą niezmierzoną wiedzę, można śmiało powiedzieć, że twoja tożsamość została zweryfikowana.

I podobnie jak podejrzani o przestępstwa, urządzenia nie będą mogły się ze sobą komunikować. Każdy potencjalny haker musiałby cofnąć konto nie jedno, ale dwa, Złożone mapy dokładnie w tym samym czasie, wyjątkowo trudne, jeśli nie niemożliwe, zadanie.

Oto chwila, na którą czekałeś – gdzie pojawia się Einstein. Powodem, dla którego te urządzenia nie mogą się komunikować, jest to, że będą one związane szczególną teorią względności Einsteina.

Nie możemy podróżować szybciej niż prędkość światła

Specjalna teoria względności Einsteina pięknie łączy sferę przestrzeni i czasu. Ale co ważniejsze dla zespołu Designolle, prowadzi to również do ograniczenia szybkości przemieszczania się informacji.

„Ze względu na szczególną teorię względności bardzo rozsądne wydaje się wiara w to nieobliczalne, ale fizyczne założenie… że informacja nie może podróżować szybciej niż prędkość światła” – powiedział Disenol.

Dopóki dwa bankomaty zadają pytania dotyczące podłączonych, załadowanych map maszyn na tyle szybko, że opóźnienia są zawsze krótsze niż czas potrzebny na przesłanie informacji — ograniczony przez prędkość światła — będziemy chronić się przed możliwością komunikowania się maszyn.

W pewnym sensie śledczy nie byli w stanie zweryfikować swoich „usprawiedliwień” do oszustwa tożsamości.

Jest tylko jedna ostateczna kwestia. Te relatywistyczne ograniczenia nie są ścisłe, jeśli chodzi o niekonwencjonalną fizykę. Wejdź do obliczeń kwantowych.

Dziury kwantowe i poza wirtualnym światem

Światło działa inaczej w świecie kwantowym. Mechanika kwantowa pozwala na cudowne Zasada zwana splątaniem kwantowym. Mówiąc najprościej, kiedy dwie cząstki kwantowe – cząstki światła – zostają splątane, mogą się natychmiast komunikować.

Nie chodzi nawet o to, jak szybko informacje rozchodzą się. To jest natychmiastowe. Jeśli cząstka A posiada wiedzę o czymś, możesz być prawie pewien, że cząstka B też to wie.

„Powiedzmy, że nie mam kolorowania wykresów, ale chcę to udawać”, powiedział Designolle, odnosząc się do potencjalnego hakera. „Potrafię wymyślić procedurę wykorzystującą splątanie kwantowe między dwoma chipami, aby poprawnie odpowiedzieć na pytania. W pewnym sensie umiem oszukiwać”.

Chociaż zespół Designolle uważa, że ​​ich mechanizm powinien być w stanie zapewnić bezpieczeństwo przed hakerami kwantowymi, nie są pewni. Jednak obecnie rozważają, czy protokół mógłby wykorzystywać urządzenia kwantowe zamiast standardowych.

A jeśli dotarłeś tak daleko, możesz się zastanawiać, jaka jest teoria superbezpiecznych bankomatów. Czy w ogóle da się to urzeczywistnić?

Na razie, powiedział Designolle, głównym problemem są koszty. Aby stworzyć niezbędny sprzęt dla mechanizmu, chipy nie mogą być tego samego typu, co dzisiaj znajdujemy w naszych kartach debetowych. Musi być bardzo mocny, co oznacza, że ​​prawdopodobnie będzie bardzo drogi. Jednym z jego pomysłów jest uruchomienie systemu dla dużych firm, które handlują bezpiecznymi informacjami i mogą sobie pozwolić na drogie chipy.

To faktycznie poluzuje względne ograniczenia, ponieważ będzie większa odległość między automatem każdej ze stron a „bankomatą”, który się melduje, więc światło potrwa dłużej. Oznacza to, że będzie więcej miejsca na opóźnienia, zanim hakerzy będą mogli włamać się do systemu.

Ale poza zastosowaniami w świecie rzeczywistym, Designolle powiedział: „Prywatnie, to było naprawdę interesujące zobaczyć, że czasami bardzo trudno jest znaleźć coś tak prostego… w pewnym momencie tak, to się zdarzyło, ale tak było „nieoczywiste”. Od początku będzie to takie proste, w końcu.”