Com a crescente popularidade dos aplicativos de telefone celular para pagar compras em caixas registradoras e bombas de gasolina, os usuários gostariam de saber que suas informações financeiras pessoais estão protegidas contra ataques cibernéticos. Pela primeira vez, pesquisadores demonstraram um protótipo de dispositivo que pode enviar chaves secretas inquebráveis ​​de um dispositivo portátil para um terminal.

No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , pesquisadores traçam um esquema para transmitir chaves quânticas em uma taxa de dados alta o suficiente para garantir a segurança dos dados enquanto compensam o movimento inevitável da mão humana. Seu protótipo de sistema usa LEDs ultrarrápidos e espelhos móveis para enviar uma chave secreta a uma taxa de mais de 30 kilobytes por segundo em uma distância de 0,5 metros.

“A ideia é que esse gadget seja um objeto móvel que fale com algo fixo, "disse Iris Choi da Universidade de Oxford, um dos autores do artigo. Se integrado a um telefone celular, por exemplo, o dispositivo pode permitir links seguros para sistemas de pagamento móvel de comunicações de campo próximo e redes Wi-Fi internas. Também pode melhorar a segurança de ATMs e ajudar a prevenir ataques de skimming em ATMs, que custam à indústria mais de US $ 2 bilhões anualmente.

Chaves feitas de luz

A tecnologia é um sistema quântico de distribuição de chaves. A distribuição de chaves quânticas depende das características de um único fóton para fornecer um bit - 1 ou 0 - para construir uma chave criptográfica que pode criptografar e descriptografar informações. As chaves quânticas são consideradas seguras porque se alguém interceptar os bits quânticos e depois passá-los adiante, o próprio ato de medi-los irá alterá-los.

"Quando um bisbilhoteiro tenta entrar no canal, vai mudar o conteúdo da chave, "Choi disse." Não estamos dizendo que esta tecnologia pode evitar ser espionado, mas se você escutar, sabemos que você está aí. "

O sistema contém seis LEDs de cavidade ressonante, que fornecem espectros de luz sobrepostos. Cada um dos seis é filtrado em uma polarização diferente, dividir em pares para representar 1s e 0s - horizontal ou vertical, diagonal ou anti-diagonal, esquerda circular ou direita circular. Os LEDs polarizados circularmente fornecem os bits para a chave, enquanto os outros pares são usados ​​para medir a segurança do canal e fornecer correção de erros. A cada quatro nanossegundos, um dos canais produz um pulso de um nanossegundo em um padrão aleatório. Na outra extremidade, seis receptores polarizados captam a luz de seus LEDs correspondentes e convertem os fótons na chave.

É importante não deixar um adversário em potencial saber qual canal tem qual polarização, porque isso revelaria quais bits estavam sendo enviados, mas sempre haverá alguma ligeira variação no comprimento de onda emitido por cada LED, que pode servir para identificá-los e dar a um hacker uma maneira de quebrar o código. Os pesquisadores resolveram esse problema equipando o transmissor e o receptor com filtros que selecionam apenas uma parte da luz, então todos eles brilham exatamente com a mesma cor, independentemente de qual polarização eles produzem.

Dirigindo o feixe

Uma chave quântica deve ser longa o suficiente para garantir que um adversário não possa hackea-la simplesmente adivinhando aleatoriamente. Isso requer que o sistema transmita um grande número de bits em menos de um segundo. Por sua vez, atingir uma taxa de transmissão de dados tão alta requer que a maioria dos fótons chegue aonde deveria.

Como resultado, Choi disse, a inovação mais importante do protótipo é o sistema de direção. Mesmo alguém tentando segurar perfeitamente ainda tem algum movimento em sua mão. A equipe de pesquisa mediu esse movimento observando como o ponto de um apontador laser oscilava enquanto uma pessoa tentava segurá-lo com firmeza. Eles então otimizaram os elementos de design do sistema de direção do feixe, como largura de banda e campo de visão, para compensar este movimento da mão.

Para ajudar o detector a se alinhar adequadamente com o transmissor e corrigir ainda mais o movimento da mão, tanto o receptor quanto o transmissor contêm um LED brilhante com uma cor diferente do LED de distribuição de chave quântica que atua como um farol. Um detector de detecção de posição do outro lado mede a localização precisa do farol e move um espelho de sistemas microeletromecânicos (MEMS) para alinhar a luz de entrada com a fibra óptica do detector.

A equipe testou sua ideia com um protótipo de mão feito com equipamento de prateleira. Choi disse que o design provavelmente poderia ser facilmente miniaturizado para transformar o sistema em um componente prático para um telefone celular de marcas como a Nokia, que participaram da pesquisa. Melhorar o protocolo enquanto mantém o mesmo hardware também pode aumentar a taxa de transmissão, e outras alterações podem ser feitas para permitir que o dispositivo funcione em distâncias mais longas para, por exemplo, conecte-se a um hub Wi-Fi.