Con la crescente popolarità delle app per telefoni cellulari per pagare gli acquisti ai registratori di cassa e alle pompe di benzina, gli utenti vorrebbero sapere che le loro informazioni finanziarie personali sono al sicuro dagli attacchi informatici. Per la prima volta, i ricercatori hanno dimostrato un prototipo di dispositivo in grado di inviare chiavi segrete indistruttibili da un dispositivo portatile a un terminale.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica Express , i ricercatori elaborano uno schema per la trasmissione di chiavi quantistiche a una velocità dati sufficientemente elevata da garantire la sicurezza dei dati compensando l'inevitabile movimento della mano umana. Il loro sistema prototipo utilizza LED ultraveloci e specchi mobili per inviare una chiave segreta a una velocità di oltre 30 kilobyte al secondo su una distanza di 0,5 metri.

"L'idea è che questo gadget sia un oggetto mobile che parla con qualcosa che è fisso, " ha detto Iris Choi dell'Università di Oxford, uno degli autori dell'articolo. Se integrato in un telefono cellulare, Per esempio, il dispositivo potrebbe consentire collegamenti sicuri a sistemi di pagamento mobile per comunicazioni near-field e reti Wi-Fi interne. Potrebbe anche migliorare la sicurezza degli sportelli automatici e aiutare a prevenire gli attacchi di scrematura degli sportelli automatici, che si stima costino all'industria più di 2 miliardi di dollari all'anno.

Chiavi fatte di luce

La tecnologia è un sistema di distribuzione di chiavi quantistiche. La distribuzione delle chiavi quantistiche si basa sulle caratteristiche di un singolo fotone per fornire un bit, un 1 o uno 0, per creare una chiave crittografica in grado di crittografare e decrittare le informazioni. Le chiavi quantistiche sono considerate sicure perché se qualcuno intercetta i bit quantistici e poi li passa, l'atto stesso di misurarli li altererà.

"Quando un intercettatore tenta di attingere al canale, cambierà il contenuto della chiave, " ha detto Choi. "Non stiamo dicendo che questa tecnologia possa impedire di essere intercettati, ma se ascolti, sappiamo che ci sei".

Il sistema contiene sei LED a cavità risonante, che forniscono spettri di luce sovrapposti. Ciascuno dei sei viene filtrato in una diversa polarizzazione, diviso in coppie per rappresentare 1 e 0, orizzontale o verticale, diagonale o antidiagonale, circolare sinistra o circolare destra. I LED polarizzati circolarmente forniscono i bit per la chiave, mentre le altre coppie vengono utilizzate per misurare la sicurezza del canale e fornire la correzione degli errori. Ogni quattro nanosecondi, uno dei canali produce un impulso di un nanosecondo secondo uno schema casuale. Dall'altra parte, sei ricevitori polarizzati raccolgono la luce dai rispettivi LED e convertono i fotoni in chiave.

È importante non far sapere a un potenziale avversario quale canale ha quale polarizzazione, perché ciò rivelerebbe quali bit venivano inviati, ma ci sarà sempre qualche leggera variazione nella lunghezza d'onda emessa da ciascun LED, che potrebbe servire a identificarli e dare a un hacker un modo per violare il codice. I ricercatori hanno risolto questo problema dotando sia il trasmettitore che il ricevitore di filtri che selezionano solo una parte della luce, così brillano tutti dello stesso identico colore, indipendentemente dalla polarizzazione che producono.

Dirigere la trave

Una chiave quantistica deve essere abbastanza lunga da garantire che un avversario non possa hackerarla semplicemente indovinando a caso. Ciò richiede che il sistema trasmetta un gran numero di bit in meno di un secondo. Raggiungere una velocità di trasmissione dati così elevata, a sua volta, richiede che la maggior parte dei fotoni arrivi dove dovrebbero andare.

Di conseguenza, Choi ha detto, l'innovazione più importante del prototipo è il sistema di sterzo. Anche qualcuno che cerca di tenersi perfettamente fermo ha qualche movimento nella sua mano. Il team di ricerca ha misurato questo movimento osservando come il punto di un puntatore laser tremava mentre una persona cercava di tenerlo fermo. Hanno quindi ottimizzato gli elementi di design del sistema di sterzo del fascio, come larghezza di banda e campo visivo, per compensare questo movimento della mano.

Per aiutare il rilevatore ad allinearsi correttamente con il trasmettitore e correggere ulteriormente il movimento della mano, sia il ricevitore che il trasmettitore contengono un LED luminoso con un colore diverso rispetto al LED di distribuzione della chiave quantistica che funge da faro. Un rilevatore di rilevamento della posizione sull'altro lato misura la posizione precisa del faro e sposta uno specchio dei sistemi microelettromeccanici (MEMS) per allineare la luce in ingresso con le fibre ottiche del rilevatore.

Il team ha testato la propria idea con un prototipo portatile realizzato con apparecchiature standard. Choi ha affermato che il design potrebbe essere facilmente miniaturizzato per trasformare il sistema in un componente pratico per un telefono cellulare di marchi come Nokia, che ha partecipato alla ricerca. Migliorare il protocollo mantenendo lo stesso hardware potrebbe anche aumentare la velocità di trasmissione, e potrebbero essere apportate altre modifiche per consentire al dispositivo di funzionare su distanze più lunghe per, ad esempio, connettersi con un hub Wi-Fi.