生物学的暗号鍵でポスト量子時代の絶対的セキュリティを実現

• 物事を安全にするには、リバースエンジニアリングできない真にランダムな暗号鍵を採用する必要がある
• 研究者たちがヒトT細胞を用いて暗号鍵を作成
• これらの鍵は最大エントロピーを持ち、システム侵害を不可能にする

デジタル情報は、医療、農業、自動化、通信、防衛を含む現代社会のあらゆるセクターで指数関数的に増加しています。世界のデジタルデータは2020年までに35ゼタバイト（350億テラバイト）に達すると予測されています。

このような膨大なデータの処理は、情報技術業界で最も困難なタスクの一つになっています。最近、データ侵害、人質マルウェア、ハッキングされたシステム、政府や民間企業が情報を望ましくない手に漏らす話をより頻繁に耳にします。

今、ペンシルベニア州立大学のエンジニアたちが解決策を提示しました：クローン化もリバースエンジニアリングもできない暗号鍵を作成するアプローチを開発しました。このアプローチは、コンピュータが今日のスーパーコンピュータの数百万倍速くなるポスト量子時代でも機能します。

現在、データ暗号化には数学的アルゴリズム（一方向関数）を使用しています。これらのアルゴリズムは秘密鍵/公開鍵を使用し、一方向へは容易ですが、逆方向へ行くことや元に戻すことは極めて困難です。

ほとんどの暗号アルゴリズムは、たとえば大きな2つの素数を掛け合わせる素因数分解に基づいています。結果の値が大きいほど、コンピュータが元の素数を見つけるのにより多くの時間がかかります。つまり、結果からのリバースエンジニアリングが時間とリソースを消費するタスクになります。

CPUとGPUがより高度になり、量子コンピュータが地平線上にあるため、これらの暗号技術は将来効果的に機能しなくなります。

解決策は、真にランダムな暗号鍵を採用することです。プロセスに公式やパターンがないため、リバースエンジニアリングもクローン化もできません。

参照: Advanced Theory and Simulations | doi:10.1002/adts.201800154 | ペンシルベニア州立大学

生物学的一方向関数

コンピュータで生成されるいわゆる乱数は、疑似乱数に過ぎません。真にランダムなものを特定するには、自然に立ち返る必要があります。

この研究では、研究者たちはヒトT細胞（細胞性免疫で重要な役割を果たす白血球のサブタイプ）を分析することを選択しました。すべての生物の基本構成要素には数学的基盤がないため、どのマシンもそれらを解き明かせません。

研究者たちは溶液中のランダムな2DアレイのT細胞を撮像し、ピクセルを作成して画像をデジタル化しました。空白を「0」、T細胞ピクセルを「1」としました。

Image credit: Jennifer Mccann / Penn State

あらゆる種類の生きた細胞は長期間保存でき、均一に移動するため、繰り返し撮像して新しい暗号鍵を形成できます。この研究で得られた2D鍵は最大エントロピーを持ち、あらゆるブルートフォース攻撃で解読するのは極めて困難です。

これまで、チームは暗号鍵あたり2,000個のT細胞を使用しており、敵対者が鍵生成メカニズム（鍵生成レート、鍵サンプリングインスタンス、細胞タイプ、細胞密度など）について深い知識を持っていても、システムを侵害することは不可能です。

何か安全なものが必要です。現時点では、この細胞暗号化セキュリティシステムが、いつでもどこでもデータを安全に保つ可能性を持っています。