Biologische Verschlüsselungsschlüssel können das Sicherheitsniveau in der Post-Quanten-Ära erhöhen

• Um die Sicherheit zu gewährleisten, müssen wirklich zufällige Verschlüsselungsschlüssel angepasst werden, die nicht zurückentwickelt werden können.
• Forscher verwenden menschliche T-Zellen, um Verschlüsselungsschlüssel zu erstellen.
• Diese Schlüssel besitzen maximale Entropie und machen es unmöglich, das System zu durchbrechen.

Digitale Informationen nehmen in allen Bereichen der modernen Gesellschaft exponentiell zu, einschließlich Gesundheitswesen, Landwirtschaft, Automatisierung, Kommunikation und Verteidigung. Die weltweiten digitalen Daten werden bis 2020 voraussichtlich 35 Zettabyte (oder 35 Milliarden Terabyte) erreichen.

Der Umgang mit solch enormen Datenmengen ist zu einer der schwierigsten Aufgaben in der IT-Branche geworden. Heutzutage hören wir immer mehr von Datenschutzverletzungen, Geisel-Malware und gehackten Systemen, einschließlich Geschichten über staatliche und private Unternehmen, die Informationen in unappetitliche Hände geraten.

Jetzt haben Ingenieure der Pennsylvania State University eine Lösung gefunden:Sie haben einen Ansatz zum Erstellen von Verschlüsselungsschlüsseln entwickelt, die nicht geklont oder zurückentwickelt werden können. Der Ansatz würde sogar in der Post-Quanten-Ära funktionieren, in der Computer millionenfach schneller werden könnten als die heutigen Supercomputer.

Derzeit verwenden wir mathematische Algorithmen (Einwegfunktionen), um Daten zu verschlüsseln. Diese Algorithmen verwenden private/öffentliche Schlüssel, die es leicht machen, in eine Richtung zu gehen, aber extrem schwierig, in die entgegengesetzte Richtung zu gehen oder Dinge rückgängig zu machen.

Die meisten Verschlüsselungsalgorithmen zum Beispiel basieren auf der Primfaktorzerlegung:Sie multiplizieren zwei große Primzahlen. Je größer der resultierende Wert ist, desto mehr Zeit benötigt ein Computer, um die ursprünglichen Primzahlen zu finden, d. h. das Reverse Engineering aus dem Ergebnis wird zu einer zeit- und ressourcenintensiven Aufgabe.

Da CPUs und GPUs immer fortschrittlicher werden und Quantencomputer am Horizont sind, werden diese Verschlüsselungstechniken in Zukunft nicht mehr effektiv funktionieren.

Die Lösung besteht darin, wirklich zufällige Verschlüsselungsschlüssel anzupassen. Sie können nicht zurückentwickelt oder geklont werden, da es keine Formel oder kein Muster im Prozess gibt.

Referenz:Fortgeschrittene Theorie und Simulationen | doi:10.1002/adts.201800154 | Penn State

Biologische Einwegfunktionen

Die am Computer generierten sogenannten Zufallszahlen sind nichts anderes als Pseudo-Zufallszahlen. Um echte zufällige Dinge zu identifizieren, muss man zur Natur zurückkehren.

In dieser Studie entschieden sich die Forscher, menschliche T-Zellen zu analysieren – eine Unterart der weißen Blutkörperchen, die eine entscheidende Rolle bei der zellvermittelten Immunität spielen. Da es keine mathematische Grundlage für die Grundbausteine ​​aller Lebewesen gibt, kann keine Maschine sie entwirren.

Die Forscher bildeten ein zufälliges 2D-Array von T-Zellen in Lösung ab und digitalisierten das Bild, indem sie darauf Pixel erzeugten, wodurch die leeren Räume zu „Nullen“ und die T-Zell-Pixel zu „Einsen“ gemacht wurden.

Bildnachweis:Jennifer McCann / Penn State 

Alle Arten lebender Zellen können über einen langen Zeitraum aufbewahrt werden, und da sie sich gleichmäßig bewegen, können sie wiederholt abgebildet werden, um neue Verschlüsselungsschlüssel zu bilden. Die bei dieser Untersuchung erhaltenen 2D-Schlüssel besitzen maximale Entropie und sind durch Brute-Force-Angriffe extrem schwer zu entziffern.

Bisher hat das Team 2.000 T-Zellen pro Verschlüsselungsschlüssel verwendet, was einen Einbruch in das System unmöglich macht, selbst wenn ein Gegner über eingehende Kenntnisse über den Schlüsselgenerierungsmechanismus verfügt, einschließlich der Schlüsselgenerierungsrate, der Schlüsselstichprobeninstanz, des Zelltyps, und Zelldichte.

Lesen Sie:Super-Resolution-Mikroskopie kann Zellen sowohl in Raum als auch in Zeit sehen 

Wir brauchen etwas Sicheres, und ab sofort hat dieses zellenverschlüsselte Sicherheitssystem das Potenzial, unsere Daten jederzeit und überall sicher und geschützt zu halten.