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Das weltweit erste verdeckte Kommunikationssystem mit Tarngarantie
Die Welt der Kryptographie hat in den letzten Jahren eine stille Revolution durchgemacht. Das liegt vor allem an dem Aufkommen von Techniken, die die Gesetze der Quantenmechanik ausnutzen, um Nachrichten mit perfekter Privatsphäre zu senden. Die sogenannte Quantenkryptographie sorgt dafür, dass ein Lauscher eine Nachricht unter Garantie der physikalischen Gesetze nicht entschlüsseln kann.
Aber manchmal reicht perfekte Privatsphäre nicht aus. Manchmal ist das Wissen, dass eine Nachricht gesendet wurde, alles, was ein Gegner braucht. Es stellt sich also die Frage, wie man eine Nachricht verbirgt, damit ein Lauscher nicht erkennen kann, ob sie gesendet wurde oder nicht.
Die als Steganographie oder verdeckte Kommunikation bekannte Disziplin ist so alt wie ihr kryptographischer Cousin, hat aber in den letzten Jahren viel weniger Beachtung gefunden. Aber das ändert sich heute dank der Arbeit von Boulat Bash von der University of Massachusetts in Amherst und einigen Kumpels, die herausgefunden haben, wie man Nachrichten mathematisch sicher tarnt.
Und sie haben ihre Ideen mit einer Proof-of-Principle-Demonstration in die Tat umgesetzt. Wir haben das erste Betriebssystem entwickelt, das mathematisch nachgewiesene verdeckte Kommunikation über einen physischen Kanal bietet, heißt es.
Die Technik ist relativ unkompliziert und beruht auf einem Kommunikationsverfahren, das als Pulspositionsmodulation bekannt ist. Dadurch wird jede Sekunde (oder andere Zeiteinheit) in eine Anzahl von Zeitbändern unterteilt, die jeweils einem Symbol entsprechen. Alice sendet eine Nachricht an Bob, indem sie Pulse während Bändern sendet, die dem erforderlichen Symbol entsprechen, die Bob dann in der Reihenfolge nachschlägt, in der er sie empfängt.
Es gibt natürlich einen wichtigen Vorbehalt. Dieses System erfordert, dass sich Sender und Empfänger auf die Bandstruktur und die Symbole, auf die sie sich beziehen, einigen. Und dies muss im Voraus im Geheimen geschehen.
Auf diese Weise können Alice und Bob verschlüsselte Nachrichten senden (deren Länge von der Länge der im Voraus geteilten Informationen abhängt).
Die Frage ist, wie diese Informationen ausgeblendet werden können. Und die Antwort liegt auf der Hand. Bash und Co gehen davon aus, dass die Nachricht mit Photonen gesendet wird und die Umgebung ein gewisses Rauschen liefert, gegen das ihr Signal getarnt wird. Sie gehen beispielsweise davon aus, dass Photonendetektoren nicht perfekt sind und produzieren daher immer eine bestimmte Anzahl von Dunkelzählungen, bei denen sie ein Photon registrieren, ohne eines zu empfangen.
Bash und Co. konzentrieren sich darauf, die Anzahl der Signalphotonen zu berechnen, die in dieser lauten Umgebung gesendet werden können, und gleichzeitig sicherzustellen, dass ein Lauscher sie nicht vom Hintergrund unterscheiden kann. Dies ist möglich, weil der Beobachter (Willie, wie Bash und Co ihn nennen) nicht weiß, wann die Signalisierungspulse gesendet werden und immer zusätzliche verrauschte Photonen erkennt, die die Sache weiter verwirren.
Der Durchbruch liegt darin zu zeigen, dass die Botschaft immer mit beliebiger Detektionswahrscheinlichkeit getarnt werden kann, sofern das Rauschen in gewissen Grenzen bleibt. Bash und Co zeigen, dass dies auch dann stimmt, wenn Willie alle Photonen sammelt, die Bob nicht erhält.
Mit anderen Worten, Alice und Bob können die Geheimhaltung ihrer Nachricht im Voraus wählen. Und obwohl sie sich nicht für die perfekte Geheimhaltung entscheiden können, können sie ihr so nahe kommen, wie sie möchten. Alice und Bob könnten also eine niedrigere Bitrate für Nachrichten wählen, für die sie eine geringere Erkennungswahrscheinlichkeit wünschen.
Um die Realisierbarkeit ihres Schemas zu beweisen, haben Bash und Co. einen Prototyp gebaut und getestet, der Nachrichten über eine Glasfaser sendet. Alice sendet die Pulse und ein Strahlteiler am anderen Ende sorgt dafür, dass Willie alle Photonen sammelt, die nicht zu Bob reisen.
Und das Experiment funktioniert gut. Wir haben gezeigt, dass nachweislich verdeckte optische Kommunikation praktisch erreichbar ist, sagen Bash und Co.
Das sollte einige interessante Anwendungen haben. Aber wer an solchen verdeckten Mitteilungen interessiert sein könnte, sagen Bash und Co. nicht. Vorschläge bitte im Kommentarbereich.
Ref: arxiv.org/abs/1404.7347 : Verdeckte optische Kommunikation