211service.com
's Werelds eerste geheime communicatiesysteem met gegarandeerde camouflage
De wereld van cryptografie heeft de afgelopen jaren een stille revolutie ondergaan. Dat komt grotendeels door de komst van technieken die gebruikmaken van de wetten van de kwantummechanica om berichten met perfecte privacy te verzenden. Zogenaamde kwantumcryptografie zorgt ervoor dat een afluisteraar een bericht niet kan decoderen onder garantie van de natuurwetten.
Maar soms is perfecte privacy niet genoeg. Soms is de wetenschap dat een bericht is verzonden alles wat een tegenstander nodig heeft. De vraag rijst dus hoe je een bericht kunt verbergen, zodat een afluisteraar niet kan zien of het is verzonden of niet.
De discipline, bekend als steganografie of geheime communicatie, is zo oud als zijn cryptografische neef, maar heeft de laatste jaren veel minder aandacht gekregen. Maar daar komt vandaag verandering in dankzij het werk van Boulat Bash aan de Universiteit van Massachusetts in Amherst en een paar vrienden die hebben bedacht hoe ze berichten kunnen camoufleren op een manier die wiskundig gegarandeerd is.
En ze hebben hun ideeën in de praktijk gebracht met een proof-of-principle-demonstratie. We hebben het eerste operationele systeem gebouwd dat wiskundig bewezen geheime communicatie via een fysiek kanaal biedt, zeggen ze.
De techniek is relatief eenvoudig en vertrouwt op een communicatiemethode die bekend staat als pulspositiemodulatie. Deze verdeelt elke seconde (of andere tijdseenheid) in een aantal tijdbanden die elk corresponderen met een symbool. Alice stuurt een bericht naar Bob door pulsen uit te zenden tijdens banden die overeenkomen met het vereiste symbool, dat Bob vervolgens opzoekt in de volgorde waarin hij ze ontvangt.
Er is natuurlijk een belangrijk voorbehoud. Dit systeem vereist dat de zender en ontvanger het eens zijn over de bandstructuur en de symbolen waarnaar ze verwijzen. En dit moet vooraf in het geheim gebeuren.
Hierdoor kunnen Alice en Bob versleutelde berichten verzenden (waarvan de lengte afhankelijk is van de lengte van de vooraf gedeelde informatie).
De vraag is hoe deze informatie te verbergen. En het antwoord is duidelijk zichtbaar. Bash en co gaan ervan uit dat het bericht wordt verzonden met behulp van fotonen en dat de omgeving een bepaalde hoeveelheid ruis levert waartegen hun signaal wordt gecamoufleerd. Ze gaan er bijvoorbeeld van uit dat fotondetectoren niet perfect zijn en produceren dus altijd een bepaald aantal donkertellingen waarin ze een foton registreren zonder er een te ontvangen.
De focus van Bash en co ligt op het berekenen van het aantal signaalfotonen dat in deze lawaaierige omgeving kan worden verzonden, terwijl gegarandeerd wordt dat een afluisteraar ze niet van de achtergrond kan onderscheiden. Dit is mogelijk omdat de kijker (Willie, zoals Bash en co hem noemen) niet weet wanneer de signaalpulsen worden verzonden en altijd extra ruisende fotonen detecteert die de zaken nog meer verwarren.
De doorbraak zit hem in het laten zien dat de boodschap altijd met een willekeurige detectiekans kan worden gecamoufleerd, mits de ruis binnen bepaalde grenzen blijft. Bash en co laten zien dat dit waar is, zelfs wanneer Willie alle fotonen verzamelt die Bob niet ontvangt.
Met andere woorden, Alice en Bob kunnen vooraf de geheimhouding van hun bericht kiezen. En hoewel ze geen perfecte geheimhouding kunnen kiezen, kunnen ze er zo dichtbij komen als ze willen. Dus Alice en Bob kunnen een lagere bitsnelheid kiezen voor berichten waarvoor ze een lagere kans op detectie willen.
Om de haalbaarheid van hun schema te bewijzen, hebben Bash en co een prototype gebouwd en getest dat berichten via een optische vezel verzendt. Alice zendt de pulsen uit en een bundelsplitser aan de andere kant zorgt ervoor dat Willie alle fotonen verzamelt die niet naar Bob reizen.
En het experiment werkt goed. We hebben aangetoond dat aantoonbaar geheime optische communicatie praktisch haalbaar is, zeggen Bash en co.
Dat zou interessante toepassingen moeten hebben. Maar wie er in dergelijke geheime communicatie geïnteresseerd zou kunnen zijn, zeggen Bash en co niet. Suggesties graag in het opmerkingenveld.
Referentie: arxiv.org/abs/1404.7347 : geheime optische communicatie