Confie mas verifique. A frase de efeito para o controle de armas popularizada pelo presidente Ronald Reagan parece simples. Contudo, a verificação que envolve dados confidenciais é um empreendimento muito complexo.

Verificar se uma ogiva nuclear é realmente uma ogiva pode incluir a confirmação de atributos-chave. Mas o ato de confirmar certos atributos técnicos pode revelar informações críticas de projeto - segredos nacionais bem guardados para qualquer país. A confirmação desses atributos provavelmente exigirá a superação do obstáculo de proteção de dados confidenciais de projeto.

O físico do Sandia National Laboratories, Peter Marleau, desenvolveu um novo método para verificar os atributos de ogivas. Chamado CONFIDANTE, para confirmação usando um detector de imagem de nêutron rápido com codificação de tempo nulo-positivo anti-imagem, o método pode ajudar a resolver o problema de realizar medições de verificação enquanto protege simultaneamente as informações confidenciais do projeto. CONFIDANTE fornece um meio-termo para o proprietário da ogiva, ou hospedeiro, quem quer proteger informações confidenciais, e o monitor, que pode estar procurando verificar essas informações confidenciais para confirmar se o item inspecionado é uma ogiva.

"CONFIDANTE é uma implementação de uma prova de conhecimento zero (ZKP) como uma forma de demonstrar a validade de uma reclamação, sem fornecer nenhuma informação adicional além da própria reclamação, "explicou Marleau." Ao contrário de outros métodos de confirmação ZKP, que dependem de um instrumento de medição que foi pré-carregado com informações confidenciais, CONFIDANTE permite que a parte de monitoramento conduza a medição em tempo real sem acessar dados de projeto confidenciais. "

Superando a barreira de confiança com ZKP

Cerca de três anos atrás, o Laboratório de Física de Plasma de Princeton do Departamento de Energia e a Universidade de Princeton desenvolveram um sistema de comparação de objetos ZKP para potencialmente apoiar a confirmação de ogivas ao mesmo tempo em que protege os dados sensíveis do projeto. Na criptografia matemática, O ZKP é realizado desafiando um host a resolver um problema que só é possível se o host possuir as informações que estão sendo autenticadas. Depois de repetidos desafios, o host pode provar que possui essas informações sem revelar quaisquer detalhes sobre as informações em si.

Na implementação do ZKP do grupo Princeton, a confirmação de que uma suposta ogiva tem as características de uma ogiva é demonstrada por meio da transmissão de nêutrons e contagens de emissões medidas por uma série de detectores de radiação. Para proteger os dados sensíveis do projeto durante o processo de medição, o método Princeton prepara os detectores de radiação com um modelo, em vez de comparar diretamente em tempo real as imagens de uma ogiva sendo verificada com uma ogiva confiável.

O modelo é o complemento da medição esperada de uma ogiva real. Se os dois combinarem, eles se cancelam deixando apenas ruído estatístico, rendendo nenhuma informação adicional. Os "modelos" são efetivamente destruídos pela medição, portanto, o monitor não tem a oportunidade de manter os dados com os quais uma medição é comparada.

"Mas, para proteger os dados confidenciais do projeto, o modelo, o processo de pré-carregamento, e o próprio detector, estará fora dos limites para a parte de monitoramento, "disse Marleau." Tudo isso, incluindo a medição real deve ser conduzida pelo hospedeiro. Quando a parte de monitoramento perde o controle de grande parte do processo de medição, torna-se difícil confiar em sua autenticidade. "

Controlado por monitor, autenticação em tempo real

Marleau, sua colega Patricia Schuster, um pós-doutorado da Universidade de Michigan, e Rebecca Krentz-Wee, uma Universidade da Califórnia, Berkeley, estudante de graduação em engenharia nuclear, se propôs a resolver este problema. "Nós nos perguntamos, Existe um método que mantém a boa propriedade de uma correspondência positiva indicada apenas por ruído estatístico, enquanto permite que uma parte de monitoramento esteja no controle do detector durante todo o processo de medição? ”disse Marleau.

Eles exploraram diferentes conceitos que podem fornecer implementações ZKP mais práticas e verificáveis. Uma solução promissora é a imagem codificada por tempo (TEI), um método que Sandia desenvolveu nos últimos cinco anos com financiamento do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento de Não Proliferação Nuclear de Defesa da Administração de Segurança Nuclear Nacional, com base em pesquisas anteriores financiadas pelo programa Laboratory Directed Research and Development.

TEI é uma nova abordagem para detecção indireta e localização de materiais nucleares especiais, que se baseia na codificação de informações direcionais na modulação dependente do tempo de taxas de detecção rápida de nêutrons. Sandia desenvolveu o TEI para superar a calibração precisa e o alto custo da detecção típica, que usa matrizes de detectores.

O TEI usa um único detector dentro de uma máscara cilíndrica codificada. Conforme a máscara gira, a radiação do objeto é modulada por um padrão de aberturas e elementos de máscara no cilindro. Usando TEI, um único detector pode fazer o trabalho de vários detectores na criação de uma imagem bidimensional inteira do objeto.

"Percebemos que se projetássemos a máscara de forma que o padrão em uma metade do cilindro fosse o inverso da outra metade, um objeto em um lado do sistema projetará a imagem inversa de um objeto no lado oposto do sistema em todos os momentos se e somente se os dois objetos forem idênticos. A imagem e a anti-imagem se cancelarão efetivamente e o detector mostrará uma taxa constante não modulada, "disse Marleau." E podemos fazer isso sem nunca registrar informações potencialmente sensíveis. "

Como nenhuma informação além do ruído estatístico é armazenada ou registrada no detector - ao contrário de uma abordagem de modelo - a parte do host, em teoria, pode certificar que nenhuma informação sensível está em risco. O monitor pode ter acesso total aos dados em tempo real, potencialmente até mesmo realizando a medição eles próprios. Usando este método, dois objetos podem ser confirmados como idênticos. Para provar, além disso, que são ogivas, ambas as partes negociadoras precisariam chegar a um acordo sobre uma ogiva autêntica - uma ogiva "dourada" a ser comparada a qualquer outro objeto medido. Essa autenticidade então se transfere para todos os objetos que foram ou serão medidos.

Camada extra de proteção

Uma possível falha é que, se os dois objetos não estiverem alinhados perfeitamente, a medição pode revelar informações espaciais. "Um ligeiro desalinhamento pode revelar contornos, "disse Marleau.

Para a medição de verificação, a parte de monitoramento só precisa confirmar se o detector está medindo uma taxa constante consistente com ruído estatístico.

"Você pode definir métricas específicas que podem ser atualizadas em tempo real e pode dizer à parte de monitoramento se os dados são consistentes com as estatísticas de contagem, "disse Marleau.

Destilar os dados em um único número também é irreversível, o que significa que não há como fazer a engenharia reversa dos dados para aprender as características do projeto da ogiva que está sendo verificada, mesmo se algo acontecer, como desalinhamento acidental, que produziu um resultado falso negativo.

Primeira prova de conceito

O Departamento de Estado, O Bureau of Arms Control Verification and Compliance (AVC), por meio do Key Verification Assets Fund, financiou a Sandia para realizar uma medição de prova de conceito. CONFIDANTE foi testado no Laboratório Nacional Lawrence Livermore usando hemisférios de dióxido de plutônio idênticos. "Sabíamos que esses dois objetos eram idênticos durante o teste, "disse Marleau." O CONFIDANTE confirmou isso com estatísticas de contagem não moduladas. Também fizemos um teste negativo bem-sucedido, mostrando que dois objetos diferentes não se cancelavam. "

Este teste demonstrou a viabilidade, então agora a equipe Sandia planeja melhorar o CONFIDANTE com uma versão de raios gama mais compacta do gerador de imagens. Marleau também espera realizar outro teste de viabilidade na fábrica Pantex, uma instalação do Departamento de Energia para montagem e desmontagem de armas nucleares.

"É fundamental que continuemos a desenvolver e avaliar operacionalmente o CONFIDANTE e outros métodos de autenticação de ogivas, "disse Marleau." Essas ferramentas precisam estar prontas para uso antes que haja um exercício ou um tratado sendo negociado. Nesse ponto, há pouco tempo para pesquisa e desenvolvimento. Acredito que o CONFIDANTE tem potencial para abrir novas possibilidades na verificação de tratados. Com soluções técnicas implementadas, as partes podem estar mais dispostas a se envolver em negociações. "