de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen hocheffizienten Mikro-Chip entwickelt, der Insulinpumpen, Herzschrittmacher und andere drahtlose biomedizinische Geräte vor Angriffen zukünftiger Quantencomputer schützen soll. Dieser maßgeschneiderte Chip hat nur die Größe einer extrem feinen Nadelspitze, ist aber in seiner Energieeffizienz anderen Post-Quanten-Sicherheitstechniken um das 20- bis 60-fache überlegen und löst damit die entscheidende Energiebeschränkung, die bei batteriebetriebenen medizinischen Implantaten seit langem besteht.
Das Kernziel dieser Forschung ist es, eine praktikable Post-Quanten-Sicherheitslösung für energiebeschränkte Edge-Geräte bereitzustellen. Seoyoon Jang, Doktorandin am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik des MIT und Hauptautorin der Forschungsarbeit, sagte: „Miniatur-Edge-Geräte sind allgegenwärtig, und biomedizinische Geräte sind oft die verwundbarsten Ziele, da Leistungsbeschränkungen sie daran hindern, über modernste Sicherheitsvorkehrungen zu verfügen. Wir haben ein sehr praktisches Hardware-Konzept zum Schutz der Privatsphäre von Patienten demonstriert." Die Forschung wurde von MIT-Provost und Professor für Elektrotechnik und Informatik Anantha Chandrakasan als Seniorautor geleitet, und die Ergebnisse wurden auf der IEEE Custom Integrated Circuits Conference vorgestellt.
Der Mikrochip basiert auf einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) und reduziert den Energieverbrauch für die Ausführung von Post-Quanten-Kryptographie-Algorithmen (PQC) drastisch. PQC-Algorithmen können zwar Angriffen von Quantencomputern standhalten, sind aber rechenintensiv und hätten den Stromverbrauch von Geräten zuvor um zwei bis drei Größenordnungen erhöht, was für ressourcenbeschränkte tragbare, einnehmbare oder implantierbare Geräte nicht praktikabel war. Um höchste Sicherheit bei extrem niedrigem Stromverbrauch zu erreichen, verfolgte das Forschungsteam eine mehrgleisige Designstrategie. Der Chip integriert zwei verschiedene PQC-Verfahren, was nicht nur die Sicherheit erhöht, sondern auch Raum für mögliche zukünftige technologische Entwicklungen lässt. Gleichzeitig verfügt der Chip über einen effizienten On-Chip-True-Random-Number-Generator zur Schlüsselerzeugung, dessen Leistung externen Chiplösungen überlegen ist.
Neben dem Sicherheitsschutz auf algorithmischer Ebene verfügt der Chip auch über spezielle Hardware-Abwehrmechanismen gegen physische Angriffe. Er besitzt Schutzmaßnahmen gegen Power-Side-Channel-Angriffe, die verhindern, dass Hacker durch die Analyse von Schwankungen im Stromverbrauch des Geräts Benutzerdaten wie die Sozialversicherungsnummer eines Patienten oder Gerätezugangsdaten stehlen können. Um ein Gleichgewicht zwischen Sicherheit und Energieverbrauch herzustellen, implementiert der Chip Redundanzdesign nur in kritischen Teilen, um einen signifikanten Anstieg des Gesamtenergieverbrauchs zu vermeiden. Darüber hinaus verfügt er über eine Frühfehlererkennungsfunktion, die den Betrieb bei Spannungsschwankungen rechtzeitig unterbricht und so Energie spart.
Die praktische Dringlichkeit dieses technologischen Durchbruchs ergibt sich aus zwei Aspekten. Einerseits stellen Institutionen wie das National Institute of Standards and Technology (NIST) schrittweise traditionelle Verschlüsselungsprotokolle ein und fördern stattdessen stärkere PQC-Algorithmen. Andererseits ist die Branche weitgehend der Ansicht, dass die rasche Weiterentwicklung der Quantenhardware die Implementierung von Post-Quanten-Verschlüsselung noch dringlicher macht. Die Entwicklung dieses Chips eröffnet neue Wege für Szenarien, in denen leistungsstarke kryptografische Algorithmen mit extrem niedrigem Stromverbrauch ausgeführt werden müssen. Da sich drahtlose Sensoren und das Internet der Dinge im Gesundheitswesen ausweiten, vergrößert sich die potenzielle Angriffsfläche stetig, und solche stromsparenden, hochsicheren Lösungen sind für den Schutz des wachsenden Netzwerks vernetzter Gesundheitstechnologien von großer Bedeutung.
Zukünftig dürften die Anwendungsszenarien dieses Chips weit über den medizinischen Bereich hinausgehen. Das Forschungsteam plant, diese Technologie auf andere anfällige Edge-Geräte wie Industriesensoren und intelligente Bestandsetiketten auszuweiten. Die Forschung wird durch die Expertise des MIT Schwarzman College of Computing und des Fachbereichs Elektrotechnik und Informatik unterstützt und teilweise von der Advanced Research Projects Agency for Health (ARPA-H) finanziert.
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