UNIGE 的一個團隊基於相對論的物理原理，實施了一種新方法來保護資料傳輸。
傳輸的資料量不斷增加，但無法保證這些交易所的絕對安全，新聞中經常報道的駭客攻擊案例就是證明。為了對抗駭客攻擊，瑞士日內瓦大學 (UNIGE) 的一個團隊基於「零知識證明」的概念開發了一種新系統，其安全性基於物理相對性原理：資訊不能傳播比光速還快。因此，現代物理學的基本原理之一允許安全的資料傳輸。該系統允許使用者在不洩露任何個人資訊的情況下完全保密地識別自己，有望在加密貨幣和區塊鏈領域得到應用。這些結果可以在《自然》雜誌上閱讀。
當一個人（所謂的「證明者」）想要確認他們的身份時，例如當他們想從 ATM 機取錢時，他們必須將他們的個人資料提供給驗證者，在我們的例子中是銀行，處理這些資訊（例如識別號和密碼）。只有證明者和驗證者知道這些資料，保密性是有保證的。如果其他人獲得了這些資訊，例如透過入侵銀行的伺服器，安全就會受到威脅。
零知識證明
為了解決這個問題，理想情況下，證明者應該能夠確認他們的身份，而無需透露任何有關他們個人資料的資訊。但這可能嗎？令人驚訝的是，答案是肯定的，透過零知識證明的概念。「想象一下，我想向一位同事證明一個數學定理。如果我向他們展示證明的步驟，他們會被說服，但隨後可以訪問所有資訊並可以輕鬆複製證明，」UNIGE 科學學院應用物理系教授 Nicolas Brunner 解釋說。「相反，透過零知識證明，我將能夠讓他們相信我知道這個證明，而不會洩露任何有關它的資訊，從而防止任何可能的資料恢復。」
1980 年代中期發明的零知識證明原則近年來已付諸實踐，尤其是在加密貨幣方面。然而，這些實現有一個弱點，因為它們基於數學假設（特定的編碼函式難以解碼）。如果這一假設被推翻，安全性將受到損害，因為資料將變得可訪問。今天，日內瓦團隊在實踐中展示了一個完全不同的系統：相對論的零知識證明。安全在這裡基於物理概念，即相對性原理，而不是基於數學假設。相對性原理（資訊的傳播速度不會超過光速）是現代物理學的支柱，不可能受到挑戰。
帶有 3 種顏色的圖形。對於每條邊，我們檢查兩個連線的頂點是否具有不同的顏色 | 圖源：scitechdaily
雙重驗證
實施相對論零知識證明涉及兩個遙遠的驗證者/證明者對和一個具有挑戰性的數學問題。「我們使用三色性問題。這種型別的問題由一組由連結連線或不連線的節點組成的圖形組成，」UNIGE應用物理系教授 Hugo Zbinden 解釋說。每個節點被賦予三種可能顏色中的一種——綠色、藍色或紅色——並且連結在一起的兩個節點必須是不同的顏色。這些具有 5000 個節點和 10000 個連結的三色問題實際上是不可能解決的，因為必須嘗試所有可能性。那麼為什麼我們需要兩對檢查器/證明器？
「為了確認他們的身份，證明者將不再需要提供程式碼，而是向驗證者證明他們知道一種方法可以將某個圖形三色，」尼古拉斯·布倫納 (NicolasBrunner) 繼續說道。可以肯定的是，驗證者會在透過連結連線的圖上隨機選擇大量節點對，然後詢問各自的證明者該節點是什麼顏色。由於這種驗證幾乎是同時進行的，證明者在測試過程中無法相互交流，因此不能作弊。因此，如果宣佈的兩種顏色總是不同的，驗證者就會確信證明者的身份，因為他們實際上知道這個圖的三色。
「這就像警察在不同的辦公室同時審問兩名罪犯：這是檢查他們的答案是否匹配的問題，而不是讓他們相互交流，」Hugo Zbinden 說。在這種情況下，問題幾乎是同時發生的，因此證明者無法相互交流，因為這些資訊必須比光速傳播得更快，這當然是不可能的。
「最後，為了防止驗證者複製圖，兩個證明者以相關的方式不斷改變顏色程式碼：綠色變成藍色，藍色變成紅色等等。任何有關它的資訊，」這位日內瓦物理學家說。
可靠且超快
在實踐中，這種驗證進行了超過 300 萬次，而且都在不到三秒的時間內。「我們的想法是為每個人或客戶分配一個圖表，」尼古拉斯·布魯納 (Nicolas Brunner) 繼續說道。在日內瓦研究人員的實驗中，兩個證明者/驗證者對相距 60 米，以確保它們無法通訊。「但是這個系統已經可以用於，例如，在一家銀行的兩個分行之間使用，並且不需要複雜或昂貴的技術，」他說。然而，研究小組認為，在不久的將來，這個距離可以減少到一米。每當必須進行資料傳輸時，這種相對論的零知識證明系統將保證資料處理的絕對安全性，並且不會被駭客入侵。「在幾秒鐘內，我們將保證絕對機密，」Hugo Zbinden 總結道。
參考：
「實驗相對論零知識證明」，作者：Pouriya Alikhani、Nicolas Brunner、Claude Crépeau、Sébastien Designolle、Raphaël Houlmann、Weixu Shi、Nan Yang 和 Hugo Zbinden，2021 年 11 月 3 日，Nature。
DOI：10.1038/s41586-021-03998-y
原文連結：
https://scitechdaily.com/securing-data-transfers-with-relativity-information-cannot-travel-faster-than-the-speed-of-light/
