Kvantinė biometrija išnaudoja žmogaus akies gebėjimą aptikti pavienius fotonus

Kalbant apie saugumą, kvantinis pasaulis siūlo neprilygstamus turtus. Pavyzdžiui, kvantinė kriptografija žada absoliučią paslaptį, kurią garantuoja fizikos dėsniai.

Štai kodėl vyriausybės, karinės organizacijos ir kiti suskubo kurti ir pritaikyti šią technologiją. Svarbus klausimas yra tai, kiek toliau gali būti užtikrintas kvantinis saugumas.

Šiandien mes gauname tam tikrą atsakymą dėl Michailo Loulakio darbo Nacionaliniame Atėnų technikos universitete Graikijoje ir keleto bičiulių, kurie sugalvojo, kaip panaudoti kvantinę mechaniką saugiai identifikuoti asmenis.

Jie sako, kad naudojant kvantinę biometriją, identifikavimas tampa tikslesnis, o piktybiškam vartotojui jį sunkiau apgauti. Be to, komanda naudojasi fizikos dėsniais, kad tiksliai įvertintų, kokia gali būti kvantinė biometrija.

Naujoji technika pagrįsta gerai žinomu žmogaus akies gebėjimu aptikti pavienius fotonus. Mūsų šviesos aptikimo mašinos remiasi rodopsino molekulėmis tinklainės lazdelių ląstelėse, kad aptiktų pavienius fotonus, o vėliau - sudėtingu fototransdukcijos mechanizmu, kad šis signalas būtų išsiųstas į smegenis.

1940-aisiais atlikti eksperimentai rodo, kad žmonės gali suvokti šviesos blyksnį, kuriame yra tik sauja fotonų. Šis fotonų aptikimo procesas yra kvantinis mechanizmas ir jį reglamentuoja kvantinės fizikos dėsniai. Tačiau tikroji blykstės aptikimo tikimybė taip pat priklauso nuo akies aplinkos.

Ši aplinka lemia į tinklainę patenkančių fotonų skaičių ir jų nueitą kelią. Taigi svarbūs veiksniai yra optiniai nuostoliai, susiję su šviesos patekimu per rageną, priekinę kamerą, vyzdį, lęšį ir stiklakūnį.

Aptikimo tikimybė taip pat priklauso nuo to, kaip šviesa sugeriama tam tikroje tinklainės vietoje, o tai skiriasi visoje tinklainėje.

Išmatuoti aptikimo tikimybę yra paprasta. Eksperimentai apima pakartotinai siunčiant šviesos blyksnį į akį ir skaičiuojant, kaip dažnai tiriamasis tai suvokia.

Sujungdami visus aplinkos veiksnius į vieną parametrą, vadinamą alfa, fizikai gali apskaičiuoti aptikimo tikimybę.

Kvantinė biometrija apverčia šį metodą ant galvos. Šis procesas prasideda darant tam tikrą blykstės aptikimo tikimybę ir tada naudojant tuos pačius eksperimentus alfa matavimui. Visų pirma, Loulakis ir bendradarbiai siūlo išmatuoti, kaip alfa skiriasi regėjimo lauke.

Alfa keitimo būdas – alfa žemėlapis – priklauso nuo unikalaus akių nervų, kraujagyslių ir šviesai jautrių ląstelių modelio, todėl turėtų būti unikalus visiems asmenims. Dėl to alfa žemėlapis yra geras biometrinis parašas (kuris akivaizdžiai turi būti laikomas paslaptyje).

Išmatavus žemėlapį, užduotis yra jį naudoti identifikuojant asmenį. Čia labai praverčia kvantinės fizikos dėsniai, nes jie nustato tiksliai apibrėžtas ribas, kaip pasiklausytojas gali sugadinti sistemą.

Tada identifikavimo procesas yra nesudėtingas. Loulakis ir bendradarbiai siūlo į akį skleisti atsitiktinį blyksnių modelį, tačiau kiekvieno blyksnio šviesos intensyvumą keisti. Šis modelis yra kruopščiai sukurtas taip, kad išnaudotų alfa žemėlapį, kad asmuo, turintis konkretų alfa žemėlapį, būtų aptiktas kaip atpažįstamas šablonas, bet kam nors kitam atrodytų atsitiktinis.

Piktybinis pasiklausytojas Ieva negali lengvai sugadinti šios sistemos. Vienas iš būdų – Ievai atspėti alfa reikšmę ir atitinkamai reaguoti. Tačiau tikimybė, kad tai bus sėkminga, gali būti savavališkai sumažinta padidinus taškų, kuriuose matuojama alfa, skaičių.

Kitas būdas – Ievai pabandyti išmatuoti alfa koncentraciją tiriamojo akyje. Tačiau Loulakis ir bendradarbiai teigia, kad tam reikės matavimo metodų, kurie gerokai viršija technikos lygį.

Svarbus klausimas – kiek matavimų reikia norint tinkamai identifikuoti asmenį. Tai priklauso nuo to, kiek tikslus turi būti identifikavimas, ir yra du būdai, kaip tai gali suklysti. Pirmasis yra klaidingas teigiamas rezultatas – klaidingai identifikuojama Ieva kaip subjektas. Antrasis yra klaidingas neigiamas – klaidingas subjekto nustatymas.

Šio biometrinio metodo klaidingai teigiamo ir klaidingai neigiamo identifikavimo tikimybė gali priartėti prie [vieno iš 1 milijardo] ir [vieno iš dešimties tūkstančių], sako Loulakis ir kt.

Loulakis ir bendražygiai teigia, kad turėtų būti įmanoma identifikuoti asmenį tokiu tikslumu naudojant tik šešis apklausas. Praktiškai šeši apklausos gali būti įvykdytos per mažiau nei vieną bandymo minutę, teigia komanda.

Tai įdomus darbas, kuriame aprašomas kvantinės biometrijos metodas. Tačiau komanda nutyli daugybę galimų problemų. Vienas svarbus klausimas – kaip pirmiausia tiksliai išmatuoti bet kurio žmogaus alfa žemėlapį. Aiškaus atsakymo į tai nėra.

Kita problema yra tai, kaip alfa kinta laikui bėgant. Visų regėjimas prastėja senstant, o tai rodo, kad alfa žemėlapio galiojimo laikas būtų neaiškios trukmės.

Taip pat yra galimybė, kad alfa gali skirtis per daug trumpesnį laikotarpį. Daugumos žmonių regėjimas pasikeičia dėl tokių veiksnių kaip peršalimas ir gripas, alkoholio vartojimas ir netgi plūduriuojantis plūduras per regėjimo lauką. Jei alfa žemėlapiai kada nors bus laikomi perspektyviu biometriniu parašu, reikės daug darbo apibūdinti jų naudingumą.

Nepaisant to, kvantinės biometrijos sąvoka pabrėžia didėjantį susidomėjimą suprasti kvantinių procesų vaidmenį biologijoje. Akivaizdu, kad yra ko išmokti.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1704.04367 : Kvantinė biometrija su tinklainės fotonų skaičiavimu

paslėpti