Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Mingesz Róbert Gingl Zoltán és Vadai Gergely A KLJN protokoll megvalósításának legfrissebb eredményei

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Bevezetés: a KLJN protokoll bemutatása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Titkosított kommunikáció Miért fontos? – Nemzetbiztonság – Bankok közötti kommunikáció – Személyes adatok védelme – Számítógépes rendszerek biztonsága Módszerek – Üzenetek elrejtése (szteganográfia) – Kommunikáció titkosítása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Titkosító algoritmusok Szimmetrikus kulcsú rejtjelezés – DES, AES Nyilvános kulcsú rejtjelezés – RSA Biztonsági követelmény: – A támadó erőforrásai korlátozottak (DES: 1999-ban 22 óra alatt feltörve)

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Feltörhetetlen titkosítás One time padding Az üzenet minden bitjére egy kulcsbit jut A kulcs legalább olyan hosszú kell legyen mint az üzenet Csak egyszer használható Biztonságos kulcscsere?

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Miért feltörhetetlen? Példa titkosított üzenet D9r djiodfsDdd+56ddsdERFAdrer Lehetséges megfejtések Bedobjuk a gyűrűt a vulkánba. Holnapután megadjuk magunkat. Béla megcsalta Marit Dórával. while(true) {print(”Hello”);}

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Módszerek kulcsmegosztásra Fizikai adathordozó – Véges méret – Másolható Kvantumtitkosítás

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Kvantumtitkosítás Quantum key distribution (QKD) – Fizika: a megfigyelés megváltoztatja az információt – Elvileg abszolút biztonságos – Valóság: az implementációk többségét feltörték – Hátrány: magas költség, érzékeny kábelek

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Klasszikus fizika ? Lehet klasszikus fizika törvényei segítségével biztonságos kulcsmegosztás? 2005: Laszlo B. Kish: igen

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ KLJN protokoll Termikus egyensúly Johnson-zaj:

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Vezetéken mérhető feszültségzaj LL HH LH HL t SUSU

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Zajgenerátorok Termikus feszültség szobahőmérsékleten túl kis értékű Zajgenerátorok: magas hőmérséklet szimulálása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Lehetséges támadások

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Lehetséges támadások Alkatrészek pontatlansága – Aszimmetria Man-in-the-middle támadás – Védekezés: hitelesített csatorna a két fél között Áram injektálása a rendszerbe – Védekezés: mért értékek megosztása hitelesített csatornán

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Tökéletlenségek következménye Információ szivárgása Eve valamekkora valószínűséggel kitalálja a bit-eket (50%-nál jobb találati arány) Teljes feltörhetőség?

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Hullámterjedés Hullámterjedés feltételezése 99,9 % lehallgathatóság Lachlan J. Gunn, Derek Abbott, Helyes modell / mérés ?

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Hardver megvalósítása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Cél „Proof of concept” Alacsony költség Mi szükséges a megfelelő biztonsághoz? Feltörési kísérletek tesztelése

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Első kommunikátor

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Rendszer blokkvázlata

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Blokk diagram – Mester

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Blokk diagram – Szolga

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Eredmények Elv működőképességének bizonyítása Tranziensek kiküszöbölése* Hatékony bit-detektálási algoritmusok*

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Problémák Számítógép végzi a feldolgozás döntő részét A paneleken nem lehet részletes méréseket végezni Szinkronizáló órajel szükséges a két egység között Zavarérzékeny

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Áthallás a jel és órajelvezeték között

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Második rendszer cDAQ alapú Minta: bárki megvalósíthatja Kereskedelemben kapható műszer Gyorsabb kommunikáció a számítógéppel

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Aktuális rendszer

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Analóg panel

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Előnyök Rugalmasan konfigurálható Kis impedanciás mérőkimenetek Precíziós árammérő erősítő Mérőpontok Árnyékolt jelvezetékek

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ MA-DAQ Mini

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Tulajdonságok 2 analóg kimenet (12 bit) 4 analóg bemenet (2 x 16 bit 1 MHz) 512 KiB RAM 8 bit mikrovezérlő Univerzális felhasználhatóság

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ MA-DAQ 32 (Medvegy Viktor)

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Tulajdonságok 2 analóg kimenet (12 bit) 4 analóg bemenet (2 x 12 bit 1 MHz) 32 KiB RAM (belső) 32 bit mikrovezérlő (ARM Cortex-M3) Jelentős számítási teljesítmény Univerzális felhasználhatóság

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ cRIO alapú adatgyűjtő 4 analóg kimenet (16 bit 100 kHz) 4 analóg bemenet (16 bit 100 kHz) 512 MiB RAM, 800 MHz-es processzor FPGA (Xilinx LX-50) Hátrány: magas ár, nagy méret Előny: – gyors prototípusfejlesztés – kalibrált I/O

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Zajgenerálás

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Zajgenerátorok tulajdonságai

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Áram és feszültség korrelációja nem megfelelő skálázódás esetén LHHL

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Zajgenerátor eloszlása Követelmény: Gauss-eloszlás R Mingesz, G Vadai, Z Gingl, FNL 13:(3) p p. (2014) Probléma: költségesebb előállítani, mint egyenletes eloszlású fehér zajt

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Áram és feszültség korrelációja egyenletes eloszlású fehér zaj LHHL

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Normál eloszlású zaj létrehozása Marsaglia-módszer do { u = rand() * 2 - 1; v = rand() * 2 - 1; s = u * u + v * v; } while(s >= 1 || s == 0); s = sqrt(-2.0 * log(s) / s); spare = v * s; return variance * u * s;

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Közelítő megoldás Centrális határeloszlás tételét felhasználva: 12 véletlen szám összege (közelítés) Implementálva FPGA-n – 64 bit szóhossz (végeredmény 16 bit-es) Ismétlődés (100 kHz): év (Beépített algoritmus: ~ 1 óra) – 2 millió véletlen szám / másodperc

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Sávszélesség korlátozása: szűrés Mintavételi frekvencia: 20 kHz Határfrekvencia: 1,5 kHz Digitális: másodfokú Butterworth szűrő Analóg: – másodfokú Butterworth szűrő – Sallen-Key elrendezés

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Tranziensek csökkentése – burkológörbe

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Mérés és bit-detektálás

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Mért mennyiségek Feszültségjel (Alice és Bob) – Számolt mennyiség: feszültség szórása (SD) Áramjel – Számolt mennyiség: áram szórása Különbség Alice és Bob értéke között: feltörési kísérlet?

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Példa statisztika feszültségre pont alapján A szórás eloszlása Gauss-eloszlást követ

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Lehetséges döntés (hibaráta: ) LH/HLLLHH

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Döntés áram szórása alapján LH/HLHHLL

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Javított detektálási algoritmus Feszültségmérés alapján LLLH/HLHH Árammérés alapján LL (insecure) LL (insecure) Discard (attack?) LH / HL LH/HL (secure) LH/HL (secure) HH (insecure) HHLH/HL (secure) LH/HL (secure) HH (insecure) 49 Feszültség + áramjel

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Összesített hibaráta: LH/HL / HHLL

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Vezeték ellenállásának hatása

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ SD(Alice)-SD(Bob) RH = 11 kΩ, RL = 1 kΩ, Rwire = 200 Ω Kitalált bitek arány: 64 % (ideális: 50%)

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Megoldás: bit-ek eldobása Eldobott bit-ek aránya: 29 % Végeredmény találati arány: %

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Összefoglalás

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Összefoglalás Szegeden valósítottuk meg az első KLJN rendszereket Dedikált hardverek: – Alacsony költségek – Prototípusok kész megoldásokhoz Kereskedelmi műszerek – Protokoll tesztelése – Gyors fejlesztés

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Eredmények Zajgenerátorral kapcsolatos követelmények – Skálázódás – Gauss-eloszlás Hatékony detektálási algoritmusok Információszivárgás vizsgálata

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ További tervek Hatékony cRIO program 32 bit-es mikrovezérlőn alapuló kompakt kommunikátor Differenciális KLJN Feltörési kísérletek vizsgálata

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Köszönetnyilvánítás Mellár János Csikós Zoltán Medvegy Viktor

Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása. TÁMOP A/2-11/ Köszönetnyilvánítás A kutatás a TÁMOP A/2-11/ azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. A kutatási program címe: Zajok és véletlen jelenségek interdiszciplináris területeken való alkalmazásának kutatása és oktatása.