Biologische Verschlüsselungsschlüssel für unknackbare Sicherheit im Post-Quanten-Zeitalter

• Für Sicherheit nötig: Echt zufällige Verschlüsselungsschlüssel, die nicht reverse-engineered werden können.
• Forscher nutzen menschliche T-Zellen zur Erstellung von Verschlüsselungsschlüsseln.
• Diese Schlüssel besitzen maximale Entropie und machen Systembruch unmöglich.

Digitale Informationen wachsen exponentiell in allen Bereichen moderner Gesellschaft: Gesundheitswesen, Landwirtschaft, Automation, Kommunikation, Verteidigung. Weltweite digitale Daten sollen 2020 35 Zettabyte (35 Mrd. Terabyte) erreichen.

Umgang mit solch enormer Datenmenge ist eine der schwierigsten IT-Aufgaben. Immer mehr von Datenschutzverletzungen, Erpressungs-Malware, gehackten Systemen – inkl. Regierungs- und Firmenleaks in falsche Hände.

Ingenieure der Pennsylvania State University haben Lösung: Ansatz zur Erstellung von Verschlüsselungsschlüsseln, die nicht klonbar oder reverse-engineerbar sind. Funktioniert sogar im Post-Quanten-Zeitalter, wo Computer Millionen-mal schneller als heutige Supercomputer sein könnten.

Derzeit nutzen wir mathematische Algorithmen (Einwegfunktionen) zur Verschlüsselung. Diese verwenden Private/Public Keys, die eine Richtung leicht, die umgekehrte extrem schwer machen.

Die meisten Verschlüsselungsalgorithmen basieren auf Primfaktorzerlegung: Multiplikation zweier großer Primzahlen. Je größer der Ergebniswert, desto länger braucht Computer, um Originalprimzahlen zu finden – Reverse Engineering wird zeit- und ressourcenintensiv.

Da CPUs/GPUs fortschreiten und Quantencomputer am Horizont stehen, werden diese Verschlüsselungstechniken künftig nicht mehr effektiv funktionieren.

Lösung: Anpassung echt zufälliger Verschlüsselungsschlüssel. Nicht reverse-engineerbar/klonbar, da kein Formel/Muster im Prozess existiert.

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

Biologische Einwegfunktionen

Sogenannte Zufallszahlen auf Computern sind nur Pseudo-Zufallszahlen. Für echte Zufälligkeit muss man zur Natur zurückkehren.

In dieser Studie analysierten Forscher menschliche T-Zellen – Subtyp weißer Blutkörperchen, entscheidend für zellvermittelte Immunität. Da es keine mathematische Basis für grundlegende Bausteine allen Lebens gibt, kann keine Maschine sie enträtseln.

Forscher bildeten zufälliges 2D-Array von T-Zellen in Lösung ab, digitalisierten Bild durch Pixel-Erstellung: Leerräume = „Nullen“, T-Zellen-Pixel = „Einsen“.

Bildnachweis: Jennifer Mccann / Penn State

Alle lebenden Zellen lange haltbar, und da sie sich gleichmäßig bewegen, wiederholt bildbar für neue Verschlüsselungsschlüssel. Die 2D-Schlüssel dieser Forschung besitzen maximale Entropie und sind durch Brute-Force extrem schwer zu knacken.

Bisher nutzte Team 2.000 T-Zellen pro Verschlüsselungsschlüssel – Systembruch unmöglich, selbst wenn Adversary tiefes Wissen über Key-Generierungsmechanismus hat (Rate, Sampling, Zelltyp, Zelldichte).

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Wir brauchen Sicherheit, und aktuell hat dieses zellverschlüsselte Sicherheitssystem Potenzial, unsere Daten jederzeit und überall sicher zu halten.