Truyền dữ liệu an toàn với tính tương đối: Thông tin không thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng

Một nhóm từ UNIGE đã triển khai một phương pháp mới để bảo mật việc truyền dữ liệu dựa trên nguyên lý vật lý của thuyết tương đối.

Khối lượng dữ liệu được chuyển không ngừng tăng lên, nhưng tính bảo mật tuyệt đối của các sàn giao dịch này không thể được đảm bảo, thể hiện qua các trường hợp hack thường xuyên được báo cáo trên các bản tin. Để chống lại hack, một nhóm từ Đại học Geneva (UNIGE), Thụy Sĩ, đã phát triển một hệ thống mới dựa trên khái niệm “bằng chứng không có kiến thức”, bảo mật dựa trên nguyên tắc vật lý của thuyết tương đối: thông tin không thể di chuyển Nhanh hơn tốc độ của ánh sáng. Do đó, một trong những nguyên tắc cơ bản của vật lý hiện đại cho phép truyền dữ liệu an toàn. Hệ thống này cho phép người dùng tự nhận dạng mình trong tình trạng bảo mật hoàn toàn mà không tiết lộ bất kỳ thông tin cá nhân nào, ứng dụng đầy hứa hẹn trong lĩnh vực tiền điện tử và blockchain. Các kết quả này có thể được đọc trên tạp chí Nature.

Khi một người – được gọi là ‘tục ngữ’ – muốn xác nhận danh tính của họ, chẳng hạn như khi họ muốn rút tiền từ máy ATM, họ phải cung cấp dữ liệu cá nhân của họ cho người xác minh, trong ví dụ của chúng tôi là ngân hàng, nơi xử lý thông tin này ( ví dụ: số nhận dạng và mã pin). Miễn là chỉ có người lập ngôn và người xác minh biết dữ liệu này, tính bảo mật được đảm bảo. Nếu những người khác nắm được thông tin này, chẳng hạn như bằng cách xâm nhập vào máy chủ của ngân hàng, bảo mật sẽ bị xâm phạm.

Bằng chứng không có kiến thức như một giải pháp

Để chống lại vấn đề này, lý tưởng nhất là câu tục ngữ có thể xác nhận danh tính của họ, mà không tiết lộ bất kỳ thông tin nào về dữ liệu cá nhân của họ. Nhưng liệu điều này có khả thi không? Đáng ngạc nhiên là câu trả lời là có, thông qua khái niệm về một bằng chứng không có kiến thức. “Hãy tưởng tượng tôi muốn chứng minh một định lý toán học cho một đồng nghiệp. Nếu tôi chỉ cho họ các bước của chứng minh, họ sẽ bị thuyết phục, nhưng sau đó có quyền truy cập vào tất cả thông tin và có thể dễ dàng tái tạo bằng chứng, ”Nicolas Brunner, giáo sư tại Khoa Vật lý Ứng dụng tại Khoa Khoa học UNIGE giải thích. “Ngược lại, với một bằng chứng không có kiến thức, tôi sẽ có thể thuyết phục họ rằng tôi biết bằng chứng mà không cần cung cấp bất kỳ thông tin nào về nó, do đó ngăn cản mọi khả năng khôi phục dữ liệu.”

Nguyên tắc bằng chứng bằng không, được phát minh vào giữa những năm 1980, đã được đưa vào thực tế trong những năm gần đây, đặc biệt là đối với tiền điện tử. Tuy nhiên, những triển khai này có một điểm yếu, vì chúng dựa trên một giả định toán học (rằng một hàm mã hóa cụ thể rất khó giải mã). Nếu giả định này bị bác bỏ – điều này không thể loại trừ ngày nay – bảo mật sẽ bị xâm phạm vì dữ liệu sẽ có thể truy cập được. Ngày nay, nhóm nghiên cứu tại Geneva đang chứng minh một hệ thống hoàn toàn khác trong thực tế: một bằng chứng không tri thức tương đối tính. An ninh ở đây dựa trên một khái niệm vật lý, nguyên lý tương đối, chứ không phải dựa trên một giả thuyết toán học. Nguyên lý tương đối – rằng thông tin không truyền đi nhanh hơn ánh sáng – là một trụ cột của vật lý hiện đại, khó có thể bị thách thức. Do đó, giao thức của các nhà nghiên cứu Geneva cung cấp khả năng bảo mật hoàn hảo và được đảm bảo về lâu dài.

Xác minh kép dựa trên vấn đề ba màu

Việc thực hiện một chứng minh kiến thức không tương đối tính liên quan đến hai cặp phương thức xác minh / phương ngôn xa và một vấn đề toán học đầy thử thách. “Chúng tôi sử dụng bài toán ba màu. Loại bài toán này bao gồm một đồ thị được tạo thành từ một tập hợp các nút được kết nối với nhau hoặc không bởi các liên kết, ”Hugo Zbinden, giáo sư tại Khoa Vật lý Ứng dụng tại UNIGE giải thích. Mỗi nút được cung cấp một trong ba màu có thể có – xanh lá cây, xanh dương hoặc đỏ – và hai nút được liên kết với nhau phải có màu khác nhau. Những bài toán ba màu này, ở đây có 5.000 nút và 10.000 liên kết, trên thực tế không thể giải được, vì phải thử tất cả các khả năng. Vậy tại sao chúng ta lại cần đến hai cặp ô rô / tục ngữ?

Nicolas Brunner tiếp tục: “Để xác nhận danh tính của họ, những người dò tìm sẽ không còn phải cung cấp mã nữa mà phải chứng minh với người xác minh rằng họ biết cách để tô màu ba màu cho một biểu đồ nhất định. Để chắc chắn, người xác minh sẽ chọn ngẫu nhiên một số lượng lớn các cặp nút trên biểu đồ được nối với nhau bằng một liên kết, sau đó hỏi phương ngôn tương ứng của họ xem nút đó có màu gì. Vì quá trình xác minh này được thực hiện gần như đồng thời, các chuyên gia không thể liên lạc với nhau trong quá trình kiểm tra, và do đó không thể gian lận. Do đó, nếu hai màu được công bố luôn khác nhau, những người xác minh sẽ bị thuyết phục về danh tính của những người dò tìm, bởi vì họ thực sự biết ba màu của biểu đồ này.

Hugo Zbinden nói: “Giống như khi cảnh sát thẩm vấn hai tên tội phạm cùng một lúc trong các văn phòng riêng biệt: vấn đề là kiểm tra xem câu trả lời của họ có khớp nhau hay không, mà không cho phép họ giao tiếp với nhau. Trong trường hợp này, các câu hỏi gần như xảy ra đồng thời, vì vậy những người dò tìm không thể giao tiếp với nhau, vì thông tin này sẽ phải truyền đi nhanh hơn ánh sáng, điều này tất nhiên là không thể.

Cuối cùng, để ngăn người xác minh tái tạo biểu đồ, hai người dò tìm liên tục thay đổi mã màu theo cách tương quan: màu xanh lá cây trở thành màu xanh lam, màu xanh lam trở thành màu đỏ, v.v. “Bằng cách này, bằng chứng được thực hiện và xác minh, mà không tiết lộ bất kỳ thông tin nào về nó, ”nhà vật lý ở Geneva nói.

Một hệ thống đáng tin cậy và cực nhanh

Trên thực tế, việc xác minh này được thực hiện hơn ba triệu lần, tất cả chỉ trong vòng chưa đầy ba giây. Nicolas Brunner tiếp tục: “Ý tưởng sẽ là chỉ định một biểu đồ cho từng người hoặc khách hàng. Trong thí nghiệm của các nhà nghiên cứu ở Geneva, hai cặp câu châm ngôn / xác nhận cách nhau 60 mét, để đảm bảo rằng chúng không thể giao tiếp. “Nhưng hệ thống này đã có thể được sử dụng, chẳng hạn như giữa hai chi nhánh của một ngân hàng và không yêu cầu công nghệ phức tạp hoặc đắt tiền,” ông nói. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tin rằng trong tương lai rất gần khoảng cách này có thể giảm xuống còn một mét. Bất cứ khi nào phải thực hiện chuyển dữ liệu, hệ thống bằng chứng không-tri thức tương đối tính này sẽ đảm bảo an toàn tuyệt đối cho quá trình xử lý dữ liệu và không thể bị tấn công. Hugo Zbinden kết luận: “Trong vài giây nữa, chúng tôi sẽ đảm bảo bí mật tuyệt đối.

Tham khảo: “Thực nghiệm chứng minh kiến thức số không tương đối tính” 3 tháng 11 năm 2021, Nature .
DOI: 10.1038 / s41586-021-03998-y

Theo Scitechdaily