Med den ökande populariteten för mobilappar att betala för köp i kassaregister och bensinpumpar, användare skulle vilja veta att deras personliga ekonomiska information är säker från cyberattacker. För första gången, forskare har demonstrerat en prototypenhet som kan skicka okrossbara hemliga nycklar från en handhållen enhet till en terminal.

I tidskriften The Optical Society (OSA) Optik Express , forskare lägger upp ett schema för överföring av kvantnycklar med tillräckligt hög datahastighet för att säkerställa datasäkerhet samtidigt som man kompenserar för den oundvikliga rörelsen av människans hand. Deras prototypsystem använder supersnabba lysdioder och rörliga speglar för att skicka en hemlig nyckel med en hastighet av mer än 30 kilobyte per sekund över ett avstånd av 0,5 meter.

"Tanken är att den här gadgeten skulle vara ett mobilobjekt som pratar med något som är fixat, "sa Iris Choi från Oxford University, en av tidningens författare. Om den är integrerad i en mobiltelefon, till exempel, enheten kan tillåta säkra länkar till mobila betalningssystem för närfältskommunikation och inomhus Wi-Fi-nätverk. Det kan också förbättra säkerheten för bankomater och hjälpa till att förhindra ATM -skumningsattacker, som beräknas kosta industrin mer än 2 miljarder dollar årligen.

Nycklar gjorda av ljus

Tekniken är ett kvantnyckeldistributionssystem. Kvantnyckeldistribution är beroende av egenskaper hos en enda foton för att ge lite - ett 1 eller 0 - för att bygga upp en kryptografisk nyckel som kan kryptera och dekryptera information. Kvantnycklar anses säkra eftersom om någon fångar upp kvantbitarna och sedan vidarebefordrar dem, själva mätningen av dem kommer att förändra dem.

"När en avlyssnare försöker trycka på kanalen, det kommer att ändra innehållet i nyckeln, "Sa Choi." Vi säger inte att denna teknik kan förhindra att avlyssnas, men om du avlyssnar, vi vet att du är där. "

Systemet innehåller sex lysdioder med resonanshålighet, som ger överlappande ljusspektra. Var och en av de sex filtreras till en annan polarisering, delas i par för att representera 1:or och 0:or - horisontellt eller vertikalt, diagonal eller antidiagonal, cirkulär vänster eller cirkulär höger. De cirkulärt polariserade lysdioderna tillhandahåller bitarna för nyckeln, medan de andra paren används för att mäta kanalens säkerhet och ge felkorrigering. Var fjärde nanosekund, en av kanalerna producerar en en-nanosekunds puls i ett slumpmässigt mönster. I andra änden, sex polariserade mottagare plockar upp ljuset från sina matchande lysdioder och omvandlar fotonerna till nyckeln.

Det är viktigt att inte låta en potentiell motståndare veta vilken kanal som har vilken polarisering, eftersom det skulle avslöja vilka bitar som skickades, men det kommer alltid att finnas en liten variation i våglängden från varje LED, som kan tjäna till att identifiera dem och ge en hackare ett sätt att bryta koden. Forskarna löste detta problem genom att utrusta både sändaren och mottagaren med filter som endast väljer en del av ljuset, så de lyser alla med exakt samma färg, oavsett vilken polarisering de producerar.

Att styra balken

En kvantnyckel måste vara tillräckligt lång för att säkerställa att en motståndare inte kan hacka den helt enkelt genom att gissa slumpmässigt. Detta kräver att systemet sänder ett stort antal bitar på mindre än en sekund. Att uppnå en så hög dataöverföringshastighet kräver i sin tur att de flesta fotonerna kommer dit de ska gå.

Som ett resultat, Choi sa, prototypens viktigaste innovation är styrsystemet. Även någon som försöker hålla perfekt har fortfarande lite rörelse i handen. Forskargruppen mätte denna rörelse genom att titta på hur fläckarna på en laserpekare skakade när en person försökte hålla den stabil. De optimerade sedan designelementen i balkstyrsystemet, såsom bandbredd och synfält, för att kompensera för denna handrörelse.

För att hjälpa detektorn att anpassa sig korrekt till sändaren och ytterligare korrigera för handrörelse, både mottagaren och sändaren innehåller en ljus lysdiod med en annan färg än kvantnyckeldistributions -lysdioden som fungerar som en ledstjärna. En positionsavkännande detektor på andra sidan mäter fyrens exakta plats och flyttar en spegel för mikroelektromekaniska system (MEMS) för att anpassa det inkommande ljuset till detektorns fiberoptik.

Teamet testade sin idé med en handhållen prototyp tillverkad av hyllutrustning. Choi sa att designen sannolikt lätt skulle kunna miniatyriseras för att göra systemet till en praktisk komponent för en mobiltelefon från märken som Nokia, som deltog i forskningen. Att förbättra protokollet med samma maskinvara kan också öka överföringshastigheten, och andra ändringar kan göras för att låta enheten arbeta över längre avstånd till, till exempel, ansluta till ett Wi-Fi-nav.