04 september 2023

Digitalt informationsutbyte kan bli både säkrare, billigare och miljövänligare med hjälp av en ny typ av slumpgenerator för kryptering utvecklad vid Linköpings universitet. Forskarna bakom studien menar att tekniken banar väg för en ny typ av kvantkommunikation.

Två personer i ett labb med ett laserinstrument som står på ett bord fullt med sladdar.
Joakim Argillander och Alvaro Alarcón, doktorander vid Institutionen för systemteknik, har varit med och utvecklat en ny typ av slumpgenerator där perovskitlysdioder står för ljuskällan som i förlängningen skapar slumpmässigheten. Magnus Johansson

I en alltmer uppkopplad värld blir cybersäkerhet allt viktigare för att skydda den enskilde individen men även nationell infrastruktur och banksystem till exempel. Men det råder en kapplöpning mellan hackare och de som försöker skydda informationen. Det vanligaste sättet att gör det är att kryptera informationen. Så när vi skickar e-post, betalar räkningar och handlar över nätet är informationen digitalt krypterad.Ett laserinstrument med en liten glasskiva med perovskiter i.Den experimentella uppställningen av Linköpingsforskarnas slumpgenerator. De gula fyrkanterna på glasskivan är perovskitlysdioderna.  Foto Magnus Johansson

För att kryptera information används en slumpgenerator som antingen kan vara ett datorprogram eller själva hårdvaran. Slumpgeneratorn tar fram nycklar för att både kryptera och låsa upp informationen hos mottagaren.

Säker kvantkryptering

Olika typer av slumpgeneratorer ger olika nivå av slumpmässighet och därmed säkerhet. Hårdvara är det betydligt säkrare alternativet då slumpmässigheten styrs av fysikaliska processer. Och den hårdvarumetod som ger bäst slumpmässighet är baserad på kvantfenomen – något som forskarna kallar Quantum Random Number Generator, QRNG.Guilherme B Xavier.Guilherme B Xavier, universitetslektor vid ISY. Foto Magnus Johansson

– Inom kryptografi är det inte bara viktigt att siffrorna är slumpmässiga utan också att du är den enda som vet om dem. Med QRNG:s kan vi vara säkra på att en tillräckligt stor del av de skapta bitsen är privata och därmed helt säkert. Och om kvantfysikens lagar stämmer ska det vara omöjligt att tjuvläsa utan att mottagaren får reda på det, säger Guilherme B Xavier, forskare vid Institutionen för systemteknik vid Linköpings universitet.

Nu har hans forskargrupp tillsammans med forskare vid Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM) utvecklat en ny typ av QRNG som kan användas för bland annat kryptering men också för vadslagning och datorsimuleringar. Det nya i Linköpingsforskarnas QRNG är användningen av lysdioder tillverkade i det kristalliknande materialet perovskit.

Billig och miljövänlig

Deras slumpgenerator är bland de bästa som producerats och mäter sig väl med liknande produkter. Tack vare perovskiternas egenskaper har den potentialen att vara både billigare och mer miljövänlig.Feng Gao.Feng Gao, professor vid IFM. Foto Magnus Johansson

Feng Gao är professor vid IFM och har forskat på perovskiter i över ett decennium. Han menar att den senaste tidens utveckling av perovskitlysdioder gör att de har möjligheten att revolutionera bland annat optiska instrument.

– Det går att använda tillexempel traditionell laser för QRNG, men det är dyrt. Ska tekniken till slut finnas i konsumentelektronik är det viktigt att kostnaden hålls nere och att produktionen är så miljövänlig som möjligt. Dessutom kräver perovskitlysdioder inte så mycket energi att driva, säger Feng Gao.

Säkrare lokalt producerat

Nästa steg är att utveckla materialet ytterligare för att göra perovskiten blyfri samt förlänga livslängden som i dagsläget ligger på 22 dagar. Enligt Guilherme B Xavier kan deras nya QRNG användas inom cybersäkerhet inom fem år.

– Det är en fördel om elektronikkomponenter som ska användas för känsliga uppgifter är tillverkade i Sverige. Köper man ett färdigt slumpgeneratorkit från ett annat land kan man inte vara säker på att det inte är övervakat.

Studien finansierades av Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse genom Wallenberg Centre for Quantum Technology samt Europeiska forskningsrådet.

Artikeln: Quantum random number generation based on a perovskite light emitting diode; Joakim Argillander, Alvaro Alarcón, Chunxiong Bao, Chaoyang Kuang, Gustavo Lima, Feng Gao, Guilherme B. Xavier; Communications Physics volume 6; publicerad online 6 juni 2023. DOI: 10.1038/s42005-023-01280-3

Fyra personer i ett labb.Feng Gao, Guilherme B Xavier, Joakim Argillander och Alvaro Alarcón är forskarna bakom studien publicerad i den vetenskapliga tidskriften Communications Physics. Foto Magnus Johansson

Kontakt

Tvärvetenskaplig forskning

Senaste nytt från LiU

Tre personer i labbrock står och pratar.

Bättre neutronspeglar kan avslöja materiens inre hemligheter

Med bättre neutronspeglar kan effektiviteten vid materialanalyser i neutronkällor bli högre. Den förbättrade spegeln har LiU-forskare utvecklat genom att belägga en kiselplatta med tunna lager av järn och kisel blandat med borkarbid.

Ensamt barn i silhuett.

Riktlinjer saknas kring barn som utsatts för sexövergrepp

Hälften av 34 undersökta länder i Europa saknar riktlinjer för hur barn som utsatts för sexuella övergrepp ska få hälsovård och behandling. Ett av dem är Sverige. Det visar en studie som gjorts vid Linköpings universitet.

Person intervjuas och pratar om sin avhandling

Sigrid blev dubbeldoktor - vid 26 års ålder

En lång men också väldigt rolig resa, så beskriver Sigrid Nilsson sin tid som forskarstuderande vid Forskarlinjen. För nu har hon disputerat och kan därmed både blicka framåt och bakåt på sin forskning.