يمكن لنظرية النسبية الخاصة لأينشتاين أن تخلق أجهزة صراف آلي غير قابلة للاختراق

إنه صباح يوم الاثنين وأنت متجه لتناول قهوة إسبريسو من مقهى زاوية. عند الدخول ، تصطدم بعلامة “النقد فقط” المخيفة. “لا مشكلة” ، كما تعتقد ، تتجول إلى أقرب ماكينة صراف آلي. تصل إلى الجهاز ، وتنزلق بطاقة الخصم الخاصة بك ، وتُدخل الشريحة البالية ، وتضع يديك في دروع صغيرة أثناء قيامك بلكم رقم التعريف الشخصي السري الخاص بك.

ومع ذلك ، أثناء هذه العملية ، ربما يكون اللصوص الماكرون قد تجاوزوا إجراءاتك الأمنية المتواضعة. ربما قاموا باختراق ماكينة النقود بشكل استباقي لجمع التعليمات البرمجية الخاصة بك. لسحب الأموال من أجل القهوة ، لقد خاطرت بالفعل بالسرقة.

هل يمكن أن تكون هناك طريقة أكثر أمانًا للقيام بذلك؟ فريق من الباحثين من كندا وسويسرا مصممون على معرفة ذلك. أنهم نشر مخططًا في مجلة Nature في وقت سابق من هذا الشهر ، قام بتفصيل آلة نقدية فائقة الأمان من شأنها إعادة اختراع النظام بالكامل.

قال سيباستيان ديزاينول ، الفيزيائي بجامعة جنيف والمؤلف المشارك للدراسة: “افتراض الوثوق بالجهاز عندما تفعل أي شيء متعلق بتحديد الهوية هو نوع من المشكلة ، على الأقل على المستوى الأساسي”.

“إسقاط جميع الافتراضات” هو الشعار الذي التزم به هو وزملاؤه الباحثون أثناء الخروج بآلية أكثر أمانًا لاسترداد النقود.

من خلال ترسيخ فكرتهم بعيدة المنال مع نظرية النسبية الخاصة للفيزيائي ألبرت أينشتاين ، اقترحوا استبدال نظام PIN بما يسمى إثبات المعرفة الصفرية.

وإليك كيف يعمل.

البراهين في الممارسة

تذكر ألعاب الدماغ؟ تشبه براهين المعرفة الصفرية نسخة ناضجة من مثل هذه الألعاب الذهنية. في التشفير ، وهو دراسة الاتصال الآمن ، إنها طريقة يثبت بها الطرف “أ” للطرف “ب” أنه يعرف شيئًا ما. المصيد ، الطرف أ ، المُثبِت ، لا يمكنه الكشف عن المعلومات التي يعرفها للطرف ب ، المدقق.

ولكن هناك طريقة للطرف “أ” للالتفاف حول التحذير.

لنفترض أن لديك صديقًا يُدعى جونز يمكنه الرؤية بالأبيض والأسود فقط ، ولكن يمكنك رؤيته بالألوان. هدفك هو أن تثبت لجونز أنه يمكنك ، في الواقع ، رؤية اللون. إذا كنت ستستخدم إثبات عدم المعرفة ، فقد يحدث شيء مثل هذا:

يحمل جونز أمامك بطاقة حمراء وبطاقة زرقاء. ثم ، وراء ظهره ، يقوم إما بتبادلها أو عدم مبادلتها. وضعهم أمامك مرة أخرى ، يسأل ، “هل قمت بتبديلها؟”

يمكن تكرار اللعبة مائة مرة ، وستحصل دائمًا على الإجابة الصحيحة لأنه يمكنك رؤية الألوان. بعد العديد من التكرارات ، قال جونز في النهاية ، “حسنًا ، أنا أصدقك. يمكنك رؤية اللون.” في تلك المرحلة ، أظهرت له قدرتك على تحديد الألوان دون الكشف عن الألوان التي تراها.

أوضح Designolle: “في دراستنا ، يكون الدليل هو ثلاثة ألوان للرسم البياني.”

هناك بعض المعرفة وراء هذه الفكرة. ثلاثة التلوين هو أ مشكلة رياضية معروفة بصعوبة التي درسها المنظرون لسنوات. يطرح السؤال التالي: كيف يمكنك تلوين خريطة هائلة من الأشكال بثلاثة ألوان بحيث لا تلمس نفس الألوان أبدًا؟

لن يكون هذا مثل خرائط العالم التي اعتدنا عليها. سيكون الأمر ضخمًا لدرجة أن البشر يحتاجون إلى تقنية لفهمه ، ولكن حتى مع هذه المساعدة ، قالت Designolle إن الأمر سيستغرق سنوات للعثور على حل ثلاثي الألوان.

بأخذ هذا المفهوم إلى أجهزة الصراف الآلي ، يقترح إعطاء كل شخص جهازًا يحمل خريطة ملونة فريدة مع حل قابلية تلوين ثلاثي مبرمج مسبقًا. لسحب النقود ، عليك توصيل الجهاز بمأخذ خارجي على جهاز الصراف الآلي ، المدقق في هذه الحالة.

سوف يقوم الجهاز بالاستعلام عن جهازك ، أو المِثْل ، بمئات الآلاف من الأسئلة المتعلقة بأقسام ألوان خريطتك. على الرغم من تعقيد قابلية التلوين الثلاثة ، فإن جهازك سيرد على الفور لأنه تمت برمجته مسبقًا.

علاوة على ذلك ، نظرًا لأن كل جولة من الاستعلامات عشوائية ، حتى إذا سأل المدقق عن حواف مختلفة ، فلن تتلقى ماكينة الصراف الآلي أبدًا معلومات كافية لمعرفة الخريطة الكاملة ، كما أوضح Designolle ، “وهذه هي النقطة الحاسمة”.

في النهاية ، كما هو الحال مع جونز ، ستتحقق ماكينة الصراف الآلي من هويتك وتطرح أموالك بسبب الإجابات الصحيحة باستمرار لجهازك – مثل الطريقة التي قال بها جونز ، “حسنًا ، أعتقد أنك تستطيع رؤية اللون.” تا دا.

لكن تذكر ، إسقاط كل الافتراضات

يبدو الاختراع قوياً بالنسبة لي على الأقل. لكن Designolle وفريقه كانوا يهدفون إلى التراجع الكل الافتراضات. ما زالوا لا يثقون تمامًا في أمان نظام الخرائط ثلاثي الألوان.

وهم يجادلون ، افتراضيًا ، بأنه يمكن لشخص ما أن يسجل إجابات جهازك المتفرقة حول خريطته ويحاول عكس حساب الصورة الكاملة ، مما يمكنهم من تزوير هويتك.

قال ديزاينول: “تلك الوظائف التي يمكنك أداؤها في اتجاه واحد هي صعبة للغاية ، ولكنها ليست مستحيلة ، للحساب في الاتجاه الآخر”.

على سبيل المثال ، إذا ضربت عددين أوليين وحصلت على عدد كبير جدًا ، فمن الصعب العودة إلى الأعداد الأولية. لكن هذا لا يمنع ذلك من القيام به. الأمر نفسه ينطبق على ثلاثة ألوان.

إذن ، كيف يمكننا نقل هذه الآلات إلى مستوى من الأمان غير المشروط؟ فكرت Designolle ، حسنًا ، ماذا عن استدعاء جهازين؟

“الفكرة من وراء ذلك هي بالضبط نفس الفكرة التي يقوم بها شرطي يحقق ويسأل اثنين من المشتبه بهم منفصلين [questions] قال ديزاينول: “في غرف مختلفة ، حتى لا يتمكنوا من التواصل. إذا كانوا يروون نفس النسخة من القصة ، فهذا تلميح جيد أنهم في الواقع يقولون الحقيقة.”

العودة إلى ماكينة الصراف الآلي.

باستخدام جهازين ، ستقسم نفسك إلى محرِكين ، مثل المشتبه بهما. بعد ذلك ، سيسأل اثنان من المحققين ، أجهزة الصراف الآلي ، في نفس الوقت المفسر الخاص به أسئلة الألوان الثلاثة المعتادة.

نعم ، سيكون عليك توصيل جهازين منفصلين بجهازي صراف آلي منفصل. في الوقت الحاضر ، يقول الباحثون إن النظام يعمل مع أجهزة الصراف الآلي التي تبعد 60 مترًا (حوالي 196 قدمًا). لكنهم يقولون إن بإمكانهم إنزالها إلى متر ، أو حوالي 3 أقدام. يبدو الأمر معقدًا للغاية ، لكن تذكر أن الغرض من التجربة هو توضيح الشكل الذي قد تبدو عليه آلية آلة نقدية آمنة غير مشروطة. إنها نظرية – في الوقت الحالي على الأقل.

إذا بدا أن كل مُثِّل يمتلك نفس المعرفة التي لا تُحصى ، فسيكون من الآمن القول أنه تم التحقق من هويتك.

ومثل المشتبه بهم المجرمين ، لن تتمكن الأجهزة من التواصل مع بعضها البعض. أي متسلل محتمل سيحتاج إلى عكس الحساب ليس واحدًا ، ولكن اثنين، خرائط معقدة في نفس الوقت بالضبط ، مهمة صعبة بشكل استثنائي – إن لم تكن مستحيلة -.

ها هي اللحظة التي كنت تنتظرها – حيث يأتي أينشتاين. والسبب في عدم قدرة هذه الأجهزة على التواصل هو أنها ستكون ملزمة بنظرية النسبية الخاصة لأينشتاين.

لا يمكننا السفر أسرع من سرعة الضوء

تتزاوج نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين بشكل جميل بين عوالم المكان والزمان. ولكن الأهم من ذلك بالنسبة لفريق Designolle ، أنه يؤدي أيضًا إلى قيود على مدى سرعة انتقال المعلومات.

قال ديزاينول: “مع النسبية الخاصة ، يبدو من المعقول جدًا أن نؤمن بهذا الافتراض غير الحسابي ولكن المادي … أن المعلومات لا يمكن أن تسير أسرع من سرعة الضوء.”

طالما أن جهازي الصراف الآلي يطرحان أسئلة عن أجهزتهما الموصولة والمليئة بالخرائط بسرعة كافية بحيث تظل فترات التأخير دائمًا أقصر من الوقت اللازم لنقل المعلومات – مقيدًا بسرعة الضوء – فإننا سنحترس من الاحتمال الأجهزة التي تتحدث مع بعضها البعض.

بمعنى ما ، لم يتمكن المحققون من التحقق من “أعذارهم” لتزييف الهوية.

هناك قضية أخيرة واحدة فقط. هذه القيود النسبية ليست محكمة عندما يتعلق الأمر بالفيزياء غير التقليدية. أدخل الحوسبة الكمومية.

الثغرات الكمومية والخروج من عالم افتراضي

يعمل الضوء بشكل مختلف في عالم الكم. ميكانيكا الكم تسمح لرائعة مبدأ يسمى التشابك الكمومي. ببساطة ، عندما يتشابك جسيمان كميان – أي جزيئات الضوء – ، فيمكنهما التواصل على الفور.

إنها ليست حتى مسألة السرعة التي تنتقل بها المعلومات. إنه فوري. إذا كان الجسيم A يحمل معرفة بشيء ما ، فيمكنك أن تكون متأكدًا تمامًا من أن الجسيم B يعرفه بالفعل أيضًا.

قالت Designolle ، في إشارة إلى أحد المتسللين المحتملين: “لنفترض أنه ليس لدي تلوين للرسم البياني ، لكني أريد أن أتظاهر بذلك”. “يمكنني التوصل إلى إجراء باستخدام التشابك الكمي بين الشريحتين للإجابة على الأسئلة بشكل صحيح. بطريقة ما ، يمكنني الغش.”

بينما يعتقد فريق Designolle أن آليتهم يجب أن تكون قادرة على ضمان الأمان من قراصنة الكم ، إلا أنهم غير متأكدين. ومع ذلك ، فهم يفكرون حاليًا فيما إذا كان البروتوكول يمكن أن يستخدم أجهزة إثبات الكم بدلاً من الأجهزة القياسية.

وإذا كنت قد وصلت إلى هذا الحد ، فقد تتساءل بالضبط عن مدى نظرية أجهزة الصراف الآلي فائقة الأمان هذه. هل من الممكن حتى تحويلها إلى واقع؟

قالت Designolle في الوقت الحالي ، إن القضية الرئيسية هي التكلفة. من أجل إنشاء الأجهزة اللازمة للآلية ، لا يمكن أن تكون الرقائق من نفس النوع الذي نجده في بطاقات الخصم لدينا اليوم. يجب أن تكون قوية للغاية ، مما يعني أنها ستكون باهظة الثمن على الأرجح. تتمثل إحدى أفكاره في استدعاء النظام للشركات الكبيرة التي تتاجر بالمعلومات الآمنة ويمكنها تحمل تكلفة الرقائق الباهظة الثمن.

سيؤدي ذلك في الواقع إلى تخفيف القيود النسبية لأنه ستكون هناك مسافة أكبر بين جهاز كل طرف و “آلة الدفع النقدي” التي تتحقق ، وبالتالي فإن الضوء سيستغرق وقتًا أطول في السفر. هذا يعني أنه سيكون هناك مجال أكبر للتأخيرات قبل أن يتمكن المتسللون من اختراق النظام.

ولكن بصرف النظر عن التطبيقات الواقعية ، قالت Designolle ، “في ملاحظة شخصية ، كان من المثير للاهتمام حقًا أن ترى أنه في بعض الأحيان يصعب في الواقع إيجاد شيء بسيط للغاية. … في مرحلة ما ، نعم ، حدث هذا ، ولكن لم يكن واضحًا منذ البداية أنه سيكون بهذه البساطة في النهاية “.