Kuantum bilgisayarlar geliştikçe, mevcut güvenlik şemalarını kırabilecekleri bekleniyor; bu şemalar şu anda en hassas verileri saldırganlardan koruyor. Bilim insanları ve politika yapıcılar, bu gelecekteki saldırılara karşı savunmak için post-kuantum kriptografisi tasarlayıp uygulamak için çalışıyorlar.
MIT araştırmacıları, kalp pilleri ve insülin pompaları gibi kablosuz biyomedikal cihazlara post-kuantum kriptografi tekniklerini getirebilecek ultra verimli bir mikroçip geliştirdi. Bu tür giyilebilir, yutulabilir veya implante edilebilir cihazlar genellikle bu hesaplama açısından yoğun güvenlik protokollerini uygulamak için yeterli güç kısıtlamasına sahiptir.
Çipleri, çok ince bir iğne ucuna yakın bir boyutta olup, kullanıcı verilerini çalmak için şifrelemeyi atlatabilecek fiziksel hackleme girişimlerine karşı yerleşik korumalar da içermektedir; örneğin, bir hastanın sosyal güvenlik numarası veya cihaz kimlik bilgileri. Önceki tasarımlara kıyasla, yeni teknoloji enerji verimliliği açısından bir büyüklük sırasından daha fazladır.
Uzun vadede, yeni çip, kuantum bilgisayarların daha yaygın hale gelmesine rağmen, sonraki nesil kablosuz tıbbi cihazların güçlü güvenliği sürdürmesini sağlayabilir. Ayrıca, endüstriyel sensörler ve akıllı envanter etiketleri gibi birçok türde kaynak kısıtlı kenar cihazlarına da uygulanabilir.
“Küçük kenar cihazları her yerde ve biyomedikal cihazlar genellikle en savunmasız saldırı hedefleri çünkü güç kısıtlamaları, onlara en gelişmiş güvenlik seviyelerini sağlamalarını engelliyor. Hastaların gizliliğini güvence altına almak için çok pratik bir donanım çözümü sunduk,” diyor MIT elektrik mühendisliği ve bilgisayar bilimi (EECS) yüksek lisans öğrencisi ve çip üzerine bir makalenin baş yazarı Seoyoon Jang.
Jang’a, makalede Saurav Maji PhD ’23; misafir araştırmacı Rashmi Agrawal; EECS yüksek lisans öğrencileri Hyemin Stella Lee ve Eunseok Lee; MIT’de mekanik mühendislik doçenti olan Giovanni Traverso, Brigham ve Women’s Hospital’da bir gastroenterolog ve MIT ve Harvard Broad Enstitüsü’nde bir ortak üye; ve kıdemli yazar Anantha Chandrakasan, MIT rektörü ve Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimi Vannevar Bush Profesörü eşlik ediyor. Araştırma, yakın zamanda IEEE Özel Entegre Devreler Konferansı'nda sunuldu.
Daha güçlü güvenlik
Yutulabilir biyosensörler gibi kablosuz biyomedikal cihazların büyük bir yüzdesi, mevcut güvenlik protokollerinin hesaplama talepleri nedeniyle güçlü korumadan yoksundur, diyor Jang.
Ancak post-kuantum kriptografisinin (PQC) karmaşıklığı, enerji tüketimini iki veya üç büyüklük sırasına kadar artırabilir.
PQC’nin uygulanması son derece önemlidir, çünkü Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) gibi düzenleyici kuruluşlar, daha güçlü PQC algoritmalarını tercih ederek geleneksel kriptografi protokollerini aşamalı olarak kaldırmaya başlayacaktır. Ayrıca, bazı endüstri liderleri, kuantum donanımındaki hızlı ilerlemelerin PQC uygulamasını daha acil hale getirdiğine inanıyorlar.
Bu enerji tüketen PQC protokollerini kablosuz biyomedikal cihazlara getirmek için MIT araştırmacıları, enerji yükünü büyük ölçüde azaltırken en yüksek güvenlik seviyesini garanti eden özel bir mikroçip tasarladı; bu çipe uygulamaya özel entegre devre (ASIC) denir.
“PQC algoritmik olarak çok güvenlidir, ancak bir cihazın fiziksel saldırılara karşı dayanıklı olmasını sağlamak genellikle enerji tüketimini en az iki veya üç kat artıran ek önlemler gerektirir. Çipimizin her iki güvenlik tehdidine karşı da çok hafif bir şekilde dayanıklı olmasını istiyoruz,” diyor Jang.
Çok yönlü bir yaklaşım
Bu hedeflere ulaşmak için araştırmacılar, çipe birkaç tasarım özelliği entegre ettiler.
İlk olarak, bir şemanın daha sonra güvensiz olduğu kanıtlanırsa, cihazlarının dayanıklılığını artırmak ve “geleceğe dayanıklı” hale getirmek için iki farklı PQC şeması uyguladılar. Enerji verimliliğini artırmak için, PQC algoritmalarının çipin hesaplama kaynaklarını mümkün olduğunca paylaşmasını sağlayan teknikler uyguladılar.
İkinci olarak, araştırmacılar, çip üzerinde yüksek verimli, gerçek rastgele sayı
