Čip štiti biomedicinske uređaje od kvantnih napada

Kako kvantna računala napreduju, očekuje se da će moći probiti provjerene sigurnosne sheme koje trenutno štite najosjetljivije podatke od napadača. Znanstvenici rade na dizajniranju i implementaciji postkvantne kriptografije kako bi se obranili od ovih budućih napada.

Istraživači s MIT-a razvili su ultra-učinkovit mikročip koji može primijeniti tehnike postkvantne kriptografije na bežičnim biomedicinskim uređajima, poput pacemakera i inzulinskih pumpi. Takvi nosivi, probavljivi ili implantabilni uređaji obično imaju previše ograničenu snagu za implementaciju ovih računalno zahtjevnih sigurnosnih protokola.

Njihov sićušni čip, veličine vrlo tankog vrha igle, također uključuje ugrađenu zaštitu od fizičkih pokušaja hakiranja koja može zaobići enkripciju kako bi ukrala korisničke podatke, poput pacijentovog matičnog broja ili podataka za uređaj. U usporedbi s prethodnim dizajnom, nova tehnologija je više nego energetski učinkovitija.

Dugoročno gledano, novi čip mogao bi omogućiti bežičnim medicinskim uređajima sljedeće generacije održavanje snažne sigurnosti čak i dok kvantno računalstvo postaje sve raširenije. Osim toga, mogao bi se primijeniti na mnoge vrste rubnih uređaja s ograničenim resursima, poput industrijskih senzora i pametnih oznaka inventara.

„Sitni edge uređaji su posvuda, a biomedicinski uređaji često su najranjivije mete napada jer im ograničenja napajanja onemogućuju najnaprednije razine sigurnosti. Demonstrirali smo vrlo praktično hardversko rješenje za zaštitu privatnosti pacijenata“, kaže Seoyoon Jang, diplomirana studentica elektrotehnike i računarstva (EECS) na MIT-u i glavna autorica rada o čipu.

Kako bi PQC protokole, koji zahtijevaju puno energije, prenijeli na bežične biomedicinske uređaje, istraživači s MIT-a dizajnirali su prilagođeni mikročip, poznat kao integrirani krug specifičan za primjenu (ASIC), koji uvelike smanjuje potrošnju energije uz jamstvo najviše razine sigurnosti.

„PQC je algoritamski vrlo siguran, ali kako bi uređaj bio otporan na fizičke napade, obično su potrebne dodatne protumjere koje povećavaju potrošnju energije barem dva ili tri puta. Želimo da naš čip bude robustan na obje sigurnosne prijetnje na vrlo lagan način“, kaže Jang.

Kako bi postigli te ciljeve, istraživači su u čip ugradili nekoliko dizajnerskih značajki. Prvo su implementirali dvije različite PQC sheme kako bi poboljšali robusnost i "osigurali budućnost" svog uređaja u slučaju da se kasnije pokaže da jedna shema nije sigurna. Kako bi povećali energetsku učinkovitost, primijenili su tehnike koje omogućuju PQC algoritmima da dijele što je više moguće računalnih resursa čipa.

Drugo, istraživači su dizajnirali visoko učinkovit generator slučajnih brojeva ugrađen u čip. Ovaj uređaj kontinuirano generira slučajne brojeve koji se koriste za tajne ključeve, što je ključno za implementaciju PQC-a.

Njihov dizajn na čipu poboljšava energetsku učinkovitost i sigurnost u odnosu na standardne pristupe koji obično primaju slučajne brojeve s vanjskog čipa.

Treće, implementirali su protumjere koje sprječavaju vrstu fizičkog pokušaja hakiranja, nazvanog 'napad na bočni kanal napajanja', ali samo na najranjivijim dijelovima PQC protokola.

U napadima putem postraničnih kanala napajanja, hakeri kradu tajne informacije analizirajući potrošnju energije uređaja dok obrađuje podatke. Istraživači MIT-a dodali su upravo onoliko redundancije PQC operacijama koliko je potrebno kako bi osigurali da je čip zaštićen od ovakvih napada.

Četvrto, osmislili su mehanizam za rano otkrivanje grešaka tako da će čip rano prekinuti rad ako otkrije grešku u naponu.

Bežični biomedicinski uređaji često imaju neispravna napajanja, pa su podložni greškama koje mogu uzrokovati neuspjeh cijelog sigurnosnog postupka. MIT pristup štedi energiju sprječavajući čip da izvrši postupak osuđen na propast do kraja.

Njihov uređaj postigao je između 20 i 60 puta veću energetsku učinkovitost od svih ostalih PQC sigurnosnih tehnika s kojima su ga usporedili, s kompaktnijom površinom od mnogih postojećih čipova.

U budućnosti, istraživači žele primijeniti ove tehnike na druge ranjive aplikacije i uređaje s ograničenom energijom.