ΗΠΑ: Το Υπουργείο Άμυνας αναπτύσσει την απαραβίαστη κρυπτογράφηση

Το υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ αναπτύσσει μια προηγμένη τεχνολογία κρυπτογράφησης η οποία θα καλύψει τα τρωτά σημεία που επιτρέπουν στους χάκερ να έχουν πρόσβαση σε ευαίσθητες πληροφορίες κατά την επεξεργασία τους.

Στη σύγχρονη κρυπτογράφηση, οι αλγόριθμοι μετατρέπουν δεδομένα έτσι ώστε να μην είναι πλέον αναγνώσιμα. Ωστόσο, για να επεξεργαστεί κάποιος αυτά τα δεδομένα, θα πρέπει να τα αποκρυπτογραφήσει σε μορφή απλού εγγράφου Word, κάτι που τα καθιστά ευάλωτα στις επιθέσεις των χάκερ. Αν και αυτή η επεξεργασία γίνεται συνήθως σε αξιόπιστους υπολογιστές, οι συχνές παραβιάσεις δεδομένων αποδεικνύουν ότι κανείς δεν ξέρει ποιοι υπολογιστές είναι τελικά ασφαλείς.

«Δεδομένων όλων των περιστατικών των παραβιάσεων, δεν μπορούμε να εμπιστευτούμε πλήρως όλα τα συστήματα υλικού ή λογισμικού μας», δήλωσε ο Τομ Ροντό, διευθυντής προγράμματος στον Οργανισμό Έρευνας Προηγμένων Έργων Άμυνας (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA), στο Live Science.

O DARPA αναπτύσσει την πλήρη ομομορφική κρυπτογράφηση (Fully Homomorphic Encryption, FHE) με σκοπό να επιλύσει αυτό το πρόβλημα. Η τεχνολογία αυτή καθιστά δυνατή την εκτέλεση υπολογισμών σε κρυπτογραφημένα δεδομένα.

Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει στους ανακριτές οικονομικών εγκλημάτων να βρουν ευαίσθητα τραπεζικά αρχεία χωρίς να αποκαλύψουν τα στοιχεία των πελατών, ή να επιτρέψουν στους ερευνητές υγείας να αναλύσουν ιδιωτικά δεδομένα διατηρώντας παράλληλα το απόρρητο των ασθενών, δήλωσε ο Ροντό. Η τεχνική θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει τον στρατό να διατηρήσει τα δεδομένα του πεδίου μάχης πιο ασφαλή.

Στα μαθηματικά ο όρος «ομομορφικό» αναφέρεται στον μετασχηματισμό ενός συνόλου δεδομένων σε ένα άλλο, διατηρώντας παράλληλα τις σχέσεις μεταξύ των δεδομένων και στα δύο σύνολα. Αυτή η αρχή μπορεί να εφαρμοστεί στην κρυπτογράφηση, επειδή οι υπολογιστές αναπαριστούν όλα τα δεδομένα, συμπεριλαμβανομένου του κειμένου, ως αριθμούς.

Για παράδειγμα, φανταστείτε ένα σχήμα κρυπτογράφησης που μετατρέπει τα δεδομένα πολλαπλασιάζοντας τα με το 3, οπότε αν κρυπτογραφήσετε τον αριθμό 8 το αποτέλεσμα θα είναι 24. Εάν τα πολλαπλασιάσετε με το 2, τότε το αποτέλεσμα θα είναι 48. Όταν τα αποκρυπτογραφήστε ξανά διαιρώντας τα με το 3, το αποτέλεσμα θα είναι 16, το ίδιο δηλαδή που θα είχατε αν πολλαπλασιάζατε τα μη κρυπτογραφημένα δεδομένα σας με το 2.

Σε αυτό το παράδειγμα, η μέθοδος κρυπτογράφησης μπορεί εύκολα να βρεθεί από το αποτέλεσμα, επομένως δεν είναι ασφαλής. Αλλά το FHE βασίζεται σε κάτι πολύ πιο περίπλοκο που ονομάζεται «κρυπτογραφία πλέγματος», η οποία κωδικοποιεί τα δεδομένα ως συντεταγμένες σε ένα πλέγμα. Τα πλέγματα FHE, σε αντίθεση με τα δισδιάστατα που γνωρίζουμε, είναι πολυδιάστατα.

Έτσι, αντί να περιγράφεται η θέση κάθε σημείου δεδομένων με απλές συντεταγμένες X, Y, ο αριθμός των αξόνων μπορεί να είναι τεράστιος, με κάθε μοναδικό κομμάτι δεδομένων να περιγράφεται από χιλιάδες συντεταγμένες. Επίσης, τα σημεία δεδομένων μπορούν να τοποθετηθούν μεταξύ κουκκίδων, έτσι κάθε συντεταγμένη μπορεί να έχει πολλά δεκαδικά ψηφία που θα δηλώνουν την ακριβή θέση τους. Αυτό καθιστά αδύνατη την παραβίαση των δεδομένων ακόμη και από κβαντικούς υπολογιστές. Αυτό είναι ένα πολλά υποσχόμενο χαρακτηριστικό, είπε ο Ροντό, επειδή οι σημερινές μέθοδοι κρυπτογράφησης δεν είναι «άτρωτες» στους κβαντικούς υπολογιστές.

Το μεγάλο πρόβλημα είναι ότι η επεξεργασία αυτών των δεδομένων είναι πολύ αργή στους τρέχοντες υπολογιστές – περίπου ένα εκατομμύριο φορές πιο αργή από αυτή των μη κρυπτογραφημένων δεδομένων. Ο DARPA ξεκίνησε ένα ερευνητικό πρόγραμμα με την ονομασία «Προστασία Δεδομένων σε Εικονικά Περιβάλλοντα» (DPRIVE), το οποίο διαχειρίζεται ο Ροντό, με σκοπό να επιταχύνει την έρευνα σε αυτό τον τομέα.

Ο αμερικανικός οργανισμός υπέγραψε συμβόλαια μαζί με την νεοσύστατη εταιρεία κρυπτογράφησης Duality Technologies, την εταιρεία λογισμικού Galois, τη μη κερδοσκοπική εταιρεία SRI International και την Intel, με σκοπό να σχεδιάσει νέους επεξεργαστές και λογισμικό που θα αυξήσουν τις ταχύτητες επεξεργασίας για πλήρη ομομορφική κρυπτογράφηση.

Η πλήρης ομομορφική κρυπτογράφηση είναι αργή και εξαιτίας του τρόπου διεξαγωγής των υπολογισμών και γιατί τα σημεία δεδομένων δεν παραμένουν στατικά. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι μπορούν να πραγματοποιήσουν μαθηματικές πράξεις όπως ο πολλαπλασιασμός, μετακινώντας σημεία δεδομένων μέσα στο πλέγμα. Συνδυάζοντας πολλές από αυτές τις λειτουργίες, οι ερευνητές μπορούν να πραγματοποιήσουν κάθε είδους υπολογισμούς χωρίς να αποκρυπτογραφήσουν τα δεδομένα.

Το κύριο πρόβλημα με αυτήν τη διαδικασία είναι ότι η μετακίνηση αυτών των σημείων δεδομένων σε έναν χώρο μεγάλων διαστάσεων είναι πολύ πιο περίπλοκη από την πραγματοποίηση υπολογισμών σε απλά δυαδικά δεδομένα – τα τυπικά 1s και 0s των σημερινών υπολογιστών.

«Είναι αυτή η έκρηξη δεδομένων», δήλωσε ο Ροντό στο Live Science. «Τώρα, κάθε υπολογισμός δεν χειρίζεται μόνο ένα κομμάτι. Χειρίζεται όλες αυτές τις πληροφορίες, όλες αυτές τις αναπαραστάσεις των διαστάσεων».

Υπάρχουν δύο βασικές προσεγγίσεις που μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι εταιρείες που χρηματοδοτούνται από τον DARPA για να απλοποιήσουν τα πράγματα, σύμφωνα με τον Ροντό. Μία τακτική είναι να βελτιωθεί η ικανότητα του υπολογιστή να χειρίζεται αριθμούς υψηλής ακρίβειας, αλλάζοντας τα κυκλώματα τσιπ για αποτελεσματικότερη επεξεργασία, καθώς και τον τρόπο με τον οποίο αυτοί αντιπροσωπεύονται σε δυαδικό κώδικα.

Η άλλη προσέγγιση έχει να κάνει με τη μετάφραση των δεδομένων σε χώρο μικρότερων διαστάσεων όπου οι υπολογισμοί είναι απλούστεροι, κάτι που απαιτεί νέες προσεγγίσεις υλικού και λογισμικού.

Αν και κάθε ομάδα που συμμετέχει στο πρόγραμμα ακολουθεί μια ελαφρώς διαφορετική προσέγγιση, ο Ροντό δηλώνει σίγουρος ότι θα μπορέσουν να επιτύχουν την κατά 100.000 φορές βελτίωση στις ταχύτητες επεξεργασίας.

ΠΗΓΗ: Livescience