Claves criptográficas basadas en funciones físicamente no clonables (PUF) generadas por el sistema electrónico simétrico PT. a Ilustración de la autenticación y comunicación seguras por radiofrecuencia (RF) habilitadas para PUF. b Generación del par desafío-respuesta (CRP) y la clave criptográfica en el sistema PUF propuesto. Nuestros experimentos utilizan la excitación de pulso que se muestra en el panel izquierdo de b, y la respuesta, representada por la señal de voltaje transitorio medida a través del capacitor del lector, y su forma discretizada se muestran en los paneles central y derecho de b, respectivamente. Después de un muestreo y procesamiento adecuados, la respuesta analógica se convierte en una clave digital compuesta por una cadena de bits. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36508-x
Desde tarjetas de acceso y llaveros hasta altavoces Bluetooth, la seguridad de la comunicación entre dispositivos inalámbricos es fundamental para mantener la privacidad y evitar robos. Desafortunadamente, estas herramientas no son infalibles y la información sobre cómo piratear, clonar y eludir estos sistemas es cada vez más fácil de encontrar.
Es por eso que los ingenieros informáticos de la Universidad de Illinois Chicago han estado investigando formas de crear dispositivos más seguros. En un nuevo artículo, los científicos de la UIC informan sobre un método inspirado en la física cuántica para mejorar la identificación de dispositivos inalámbricos y proteger la comunicación de dispositivo a dispositivo. Utiliza una huella digital verdaderamente aleatoria y única para crear un sistema de cifrado de hardware que es prácticamente irrompible.
Los científicos, dirigidos por Pai-Yen Chen, utilizaron una teoría de la física cuántica en experimentos matemáticos para identificar un «punto excepcional divergente».
La física cuántica describe sistemas para los cuales la medición precisa es difícil o imposible; un estado cuántico describe un espacio de parámetros o un rango de medidas posibles. Dentro de estos estados, existen puntos excepcionales donde la incertidumbre del sistema es máxima. Estos puntos son prometedores para la criptografía: cuanto más incierto es el sistema, más seguro.
Chen y sus colegas idearon un enfoque matemático para identificar estos puntos excepcionales en un sistema de identificación por radiofrecuencia, la tecnología utilizada por las tarjetas llave, llaveros y otros dispositivos que desbloquean o se comunican con sensores cercanos. En los sistemas RFID tradicionales, las claves cifradas se almacenan dentro de chips de memoria, que tienen un tamaño limitado y son vulnerables a los ataques.
El grupo de Chen creó nuevos dispositivos de bloqueo y etiquetado RFID que utilizan el algoritmo de punto excepcional para crear una señal segura. Dado que cada pieza de hardware es ligeramente diferente debido a pequeñas variaciones durante el proceso de fabricación, cada dispositivo RFID produce su propia huella digital única a la luz de la incertidumbre maximizada en el punto excepcional.
Al igual que la voz de cada individuo, que se escucha a través de ondas de sonido analógicas, su estructura de criptografía clave hace que la señal de cada dispositivo sea única, dijo Chen.
Después de miles de simulaciones, no pudieron encontrar dos huellas dactilares digitales idénticas, superando las pruebas de aleatoriedad del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y los ataques basados en el aprendizaje automático.
«Muchos científicos pensaron que la teoría del punto excepcional sería imposible de aplicar de manera confiable en el mundo real, pero pudimos aprovechar esa propiedad para implementar un sistema novedoso», dijo Chen, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la UIC. Colegio de Ingenieria. «En este documento, propusimos un nuevo circuito con un punto excepcional divergente para mejorar significativamente la singularidad, la aleatoriedad y la robustez de una función electromagnética físicamente imposible de clonar».
«Esta estructura de PUF analógica liviana y robusta puede dar lugar a una variedad de aplicaciones imprevistas de valores y contra la falsificación en la toma de huellas dactilares por radiofrecuencia y las comunicaciones inalámbricas», escriben los autores.
Chen dijo que la tecnología también es de bajo costo y muy versátil, por lo que podría ser particularmente útil para productos, como tarjetas de acceso y dispositivos de comunicación de campo cercano, que se producen en masa y son más vulnerables a los ataques.
«Simplemente usamos el proceso de fabricación de placa de circuito impreso estándar, adecuado para la producción en masa y de bajo costo. La seguridad mejorada radica en diseñar cuidadosamente el circuito de radiofrecuencia para operar alrededor del punto excepcional, lo cual demostramos con un sistema de identificación inalámbrico», Chen dicho.
«Sensibilidad espectral cerca de puntos excepcionales como recurso para el cifrado de hardware» se publica en Comunicaciones de la naturaleza.
Más información:
Minye Yang et al, Sensibilidad espectral cerca de puntos excepcionales como recurso para el cifrado de hardware, Comunicaciones de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36508-x
Proporcionado por la Universidad de Illinois en Chicago
Citación: Uso de la física cuántica para asegurar dispositivos inalámbricos (26 de abril de 2023) recuperado el 26 de abril de 2023 de https://techxplore.com/news/2023-04-quantum-physics-wireless-devices.html
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